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Boden für Austauschsäulen Die Erfindung betrifft Böden für Austauschsäulen,
die aus einer Anzahl im wesentlichen zueinander paralleler, langgestreckter Gasumlenkbleche
bestehen, die in Abständen einander überlappend angeordnet sind.
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Durch die bekannten. Böden der obigen Art können nur begrenzte Flüssigkeits-
und Gasmengen geleitet werden, wobei sich starke Druckabfälle über jeden einzelnen
Boden ergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Bodens der obigen Art,
bei dem verhältnismäßig große Mengen von Flüssigkeiten und Gasen derart in innigen
Kontakt gebracht werden können, daß sich nur ein geringer Druckabfall über den Kontaktquerschnitt
ergibt, und der nachträglich unter Anpassung an vorbandende Betriebsbedingungen
in Kontaktkammern eingebaut und innerhalb der Kammern verändert werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jedes Gasumlenkblech
muldenförmig ausgebildet ist und daß diese Bleche auf den Böden zwischen den Bodenöffnungen
so angeordnet sind, daß der eine Schenkel des Bleches annähernd senkrecht zur Bodenfläche
und der andere Schenkel des Bleches annähernd parallel zur Bodenfläche verläuft.
Zwei benachbarte Gasumlenkbleche sind auf den Böden so angeordnet, daß der Zwischenraum
zwischen diesen Blechen sich vom Boden bis zum Gasaustrittsschlitz hin verengt,
wobei das Verhältnis der Abstände je zweier Gasumlenkbleche am Kolonnenboden bzw.
Gasaustrittsschlitz vorzugsweise zwischen 21/2 :1 und 24:1 liegt.
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Die Gasumlenkbleche können aber auch zu den Gasaustrittsschlitzen
hin treppenförmig abgestuft sein.
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Über den Gasumlenkblechen können sich in Abständen gelochte Prallplatten
befinden.
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Die durch den Boden nach oben zwischen den langgestred ten Gasumlenkblechen
hindurchgehenden Dämpfe und Gase werden in der Querrichtung über die obere Bodenfläche
in Richtung des normalen Flusses der darübergehenden Flüssigkeit abgelenkt und nehmen
diese auf, so daß ein vollständiger Kontakt zwischen der Flüssigkeit und den Dämpfen
oder Gasen entsteht. Da die Gase oder Dämpfe mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit
vorgetrieben werden, wird die Flüssigkeit schnell über die Oberfläche bewegt und
ein vollkommener Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit erreicht. Die Prallplatten
bilden Flächen, gegen welche die mit dem Gas vereinigte Flüssigkeit geschleudert
wird, wodurch eine Trennung von Gas und Flüssigkeit herbeigeführt wird. Die treppenförmige
Abstufung der Gasumlenkbleche ist vorteilhaft, wenn der Druckabfall iiber jeden
Boden herabgesetzt werden soll, da die Schwerkraft die Flüssigkeitsströmung über
den Boden unterstützt. Der Boden nach der Erfindung kann; auch mit Vorteil zur Fraktionierung
oder Dephlegmation von Flüssigkeiten, beispielsweise von Petroleum-Kohlenwasserstoffen,
in zugehörigen Kontakttürmen verwendet werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsformen beispielsweise
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen schematischen Teilquerschnitt durch einen
Gas-Flüssigkeits-Kontaktturm, der mit Böden nach der Erfindung ausgerüstet ist,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht
eines in Fig. 1 und 2 gezeigten Bodens im Schnitt und Fig. 4 bis 8 abgeänderte Ausführungsformen
jeweils eines Bodens im Schnitt.
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Eine Austauschsäule gemäß Fig. 1 und 3 besteht aus einem Mantel 10
und untereinander angeordneten Kolonnenböden, z. B. 12 und 14, zwischen denen sich
Kontaktzonen, z. B. 18, 20, befinden. Je zwei übereinanderliegende Böden sind, um
18&0 gegeneinander versetzt, mittels Halteelementen 22 und Bolzen (von denen
in der Zeichnung nur die Köpfe 64 erkennbar sind) derart am Mantel 10 befestigt,
daß von den Böden nach unten verlaufende Leitbleche 24 bzw. 26 zusammen mit dem
Mantel 10 sich nach unten verengende Fallkanäle 301 bzw. 32 für die Flüssigkeit
bilden. Die Fallkanäle sind unten von Dichtungsfächern 36 bzw. 38 abgeschlossen,
die kleine Abflußöffnungen 42 aufweisen können.
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Gemäß Fig. 3 besteht der Kolonnenboden aus einer Anzahl im wesentlichen
zueinander paralleler, langgestreckter, muldenförmiger Gasumlenkbleche 44, an
die
sich in Richtung der Halteelemente 22 im übrigen gleichartige, jedoch wehrartig
ansteigende Umlenkbleche 50 und 48 anschließen. Die Umlenkbleche sind an der Bodenplatte
zwischen den Bodenöffnungen 46 bzw. 68 so angeordnet, daß der eine Schenkel jedes
Bleches annähernd senkrecht zur Bodenfläche und der andere Schenkel jedes Bleches
annähernd parallel zur FJodenflädle verläuft. Der Zwischenraum zwischen je zwei
benachbarten Gasumlenkblechen 44 verengt sich ron der Bodenfläche bis zum Gasaustrittsschlitz47
hin, wobei das Verhältnis der Abstände je zweier Bleche am Kolomienboden bzw. Gasaustrittsschlitz
47 zwischen 2t/2: 1 und 24:1 in Abhängigkeit von den behandelten Kontaktflüssigkeiten
und Gasen liegen kann.
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Über den Gasumlenkblecllen 44 sind vorzugsweise in Abstand Prallplatten
52 angeordnet. Die Prallplatten sind rnit einem Öffnungsdurchmesser von beisi4sweise
9,5 mm eng perforiert. Die Gasumlenkbleche und die Prallplatten erstrecken sich
vollständig über den offenen Querschnitt der Austauschsäule. die in Fig. 2 veransdaulicht
ist, kann jeder Boden aus mehreren z. B. mit Bolzen 60 seitlich verbundenen Abschnitten,
z. B. den Abschnitten 54, 56 und 58, zusammengesetzt sein. Der mittlere Abschnitt
56 hat ebene Seitenwände 55 und 57, an denen die Gasumlenlubleche 44 und 50 sowie
die Prallplatten 52 in geeigneter Weise befestigt sind. Jeder Abschnitt 54 und 58
hat eine flache Seitenwand 59 und eine dem Mantel 10 angepaßte Seitenwand 61.
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In einer Austauschsäule gemäß Fig. 1 bis 3 strömen diel Gase oder
Dämpfe von der Zone 20 aus nach oben durch die Bodenöffnungen 46 und 68, während
sie den Fallkanal 32 infolge des Dichtungsfaches 38 nicht erreichen. Durch die verengten
Strömungswege zwischen den Blechen 44 wird die Geschwindigkeit der Gase oder Dämpfe
so wesentlich erhöht und ihre Richtung so geändert, daß eine Anzahl paralleler,
flacher Dampfstrahlen über die obere Fläche des Bodens 14 etwa in Richtung der Flüssigkeitsbewegung
strömt.
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Gleichzeitig fließt die Flüssigkeit aus dem Dichtungs fach 36 über
das Umlenkblech 48 und die oberen Flächen der Umlenkbleche 50 und 44. Da sich die
Dämpfe mit hoher Geschwindigkeit durch den Boden bewegen, kann die Flüssigkeit nicht
an den vertikalen Flächen der Bleche 44 in die darunterliegende Zone 30 laufen.
Ein Teil der Flüssigkeit wird von den strömenden Dämpfen aufgenommen und bildet
einen Schaum oder Regen, der gegen die Prallplatten 52 geschleudert wird. Diese
dienen dazu, die Gase von den Flüssig-Leiten zu trennen. Die Gase strömen dann weiter
nach oben durch die Zone 18 und den Boden 12, wo sich der Arbeitsvorgang wiederholt.
Die getrennte Flüssigkeit fließt von den Prallplatten 52 auf die zugeordneten Umlenkbleche
44, wo sie wieder aufgenommen und gegen die nächste Prallplatte 52 geschleudert
wird.
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Wenn das Volumen der über den Kolonnenboden fließenden Flüssigkeit
verhältnismäßig groß ist, wird ein Teil der Flüssigkeit nicht gegen die Prallplatten
52 geschleudert, sondern strömt über den Boden in den zugehörigen Fallkanal.
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Falls die Menge der über den Boden fließenden Flüssigkeit vergrößert
werden soll, kann es vorteilhaft sein, die Prallplatten 52 so auszubilden, daß ihre
unteren Kanten einen größeren Abstand von den oberen Ranten der Umlenkbleche erhalten.
Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn man die Größe und/ oder die Anzahl
der Lochungen in den Prallplatten 52 vergrößert oder sie weiter in der dargestellten
Richtung neigt. Als wichtig ist zu beachten, daß mit weiterer Entfernung der Verengungen
für den Durchgang
der Gase und Dämpfe der Druckabfall über den Kolonnenboden vermindert
wird.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig. 4 bis 8 dargestellt.
Jeder solche Boden eignet sich für den Einbau in eine Austauschsäule nach Fig. 1
und 2.
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Der in Fig. 4 dargestellte Kolonnenboden umfaßt ein als Wehr wirkendes
Gasumlenkblech 70 und eine Anzahl von länglichen, in Abstand befindlichen Gasumlenkblechen
72, die zu den Gasaustrittsschlitzen 47 hin treppenförmig abgestuft sind. Die Strömung
der Flüssigkeit über den Boden erfolgt im allgemeinen horizontal, wenn auch in etwas
gegen die Horizontale geneigter Richtung. Die Flüssigkeit fällt kaskadenförmig von
der oberen Fläche eines Umlenkbleches auf das nächste im allgemeinen in der Richtung
des Pfeiles, während die Dämpfe mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit auf die
Flüssigkeit auftreffen und sie über den Boden schleudern, worauf sie auf den nächstfolgenden,
nicht dargestellten Fallkanal fällt.
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Der obere Abschnitt jedes Umlenkbleches 72 liegt in einer Ebene, die
horizontal ist, und bildet hierdurch eine Reihe von stufenförmigen Flächen, über
die die Flüssigkeit ohne weiteres fließt. Prallplatten 74 für den Dampf und die
Flüssigkeiten sind vorgesehen. In diesem Beispiel sind sie jedoch im wesentlichen
gegen die Vertikale geneigt, und ihre unteren Kanten liegen in erheblichem Abstand
über den oberen Kanten der Umlenkbleche 72. Wegen dieses Umstandes, und weil die
Strömung der Flüssigkeit über den Boden durch die Schwerkraft unterstützt wird,
ist der Druckabfall über den Boden sehr gering, und es wird ein sehr wirksamer Flüssigkeit-Gas-Kontakt
erreicht.
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In der in Fig. 5 dargestellten abgeänderten Ausführungsform eines
Bodens haben eine Anzahl Gasumlenkbleche 76 eine ähnliche Form und Arbeitsweise
wie in der Anordnung nach Fig. 4. Ebenso sind ähnliche Prallplatten 78 vorgesehen.
Der rechts gelegene Bodenabschnitt besitzt jedoch fünf Umlenkbleche 80, die in ihrer
allgemeinen Form den Umlenkblechen in Fig. 3 entsprechen. Dieser Boden bildet daher
in mancher Hinsicht eine Kombination des Bodens der Fig. 3 mit dem der Fig. 4. Das
Umlenkblech 82 ist in seinem oberen, horizontalen Teil mit einer flachen Mulde 84
versehen. Die Mulde 84 hat insofern besondere Bedeutung, als sie den Flüssigkeitsrückfluß
bei einem Boden verhindert, bei dem Flüssigkeit kaskadenförmig von einem Umlenkblech
in einen Abschnitt des Bodens fällt, aber in im wesentlichen horizontaler Richtung
über einen anderen Abschnitt des in Fig. 5 dargestellten Bodens fließt.
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Eine weitere abgeänderte Ausführungsform des Bodens nach Fig. 6 ist
in mancher Beziehung dem in Fig. 3 dargestellten Boden ähnlich. In dieser Ausführungsform
sind die oberen, horizontalen Flächen bei einer großen Anzahl Umlenkbleche 86 so
verlängert, daß langgestreckte, verengte Zwischenräume entstehen, durch welche die
Dämpfe mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit geschleudert werden. Die oberen
Kanten der Umlenkbleche86 sind mit einer Querstrebe 90 versteift. Die ersten Umlenkbleche
92 sind treppenförmig angeordnet und zum Teil mit flachen Mulden 94 versehen, die
dazu beitragen, den Rückfluß der Flüssigkeit durch den Kolonnenboden zu verhindern.
In einem wirtschaftlichen Anwendungsfall wurde ein Turm gebaut, der eine große Anzahl
von Böden dieser Art aufwies. Die unteren Böden entsprachen der in Fig. 6 dargestellten
Anordnung, bei der keine Prallplatten benutzt werden. Die oberen Abschnitte des
Turmes wurden mit Böden ausgerüstet,
die eine ziemlich große Anzahl
Prallplatten hatten, wie sie in den übrigen Figuren beschrieben sind. Die zwischenliegenden
Böden in diesem Turm wiesen eine verhältnismäßig geringere Anzahl Prallplatten auf.
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In der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform verlaufen die obere
Fläche des als Wehr wirkenden. Umlenkbleches 96 und die oberen Flächen der Umlenkbleche98
in im wesentlichen horizontaler Richtung, und die Flüssigkeit fällt kaskadenförmig
von Blech zu Blech. In dieser Ausführungsform hatten die Dampföffnungen auf der
unteren Seite des Bodens eine Weite von etwa 51 mm, und dies war der Abstand zwischen
den unteren Kanten der benachbarten Umlenkbleche 98. Andererseits war die entsprechende
Abmessung der Gasaustrittsschlitze in der oberen Fläche des Bodens etwa zwischen
6,3 und 14,3 mm.
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Das Verhältnis der Öffnungsabstände liegt innerhalb des Bereichs von
etwa 21/2:1 und etwa 24:1 in Abhängigkeit von dem Volumen der verarbeiteten Flüssigkeit
und Gase. Infolge der treppenförmigen An ordnung der verschiedenen Umlenkbleche
98 führt ein Boden der in Fig. 7 dargestellten Art verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen,
wobei die langen tangentialen Flächen an den oberen Enden jedes Umlenkbleches eine
starke Schubkraft auf die über den Boden gehende Flüssigkeit infolge der Dämpfe
ausüben, die mit hohen Geschwindigkeiten hindurchströmen.
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Die Ausführungsform nach Fig. 8 zeigt einen Boden, bei dem die Prallplatten
100 mit ihren Unterkanten in lotrechtem Abstand über den sich überlappenden Gasumlenkblechen
102 liegen, die S-förmigen Querschnitt haben. In dieser Ausführungsform geht ein
Teil der Dämpfe durch den Boden zwischen den verschiedenen Blechen und den Zwischenraum
der Prallplatten 100 über den Blechen 102 hindurch, so daß ein größeres Flüssigkeitsvolumen
über den Boden bei einem geringeren Druckabfall fließen kann. Der in Fig. 8 dargestellte
Boden hat außerdem ein als Wehr wirkendes Umlenkblech 104 sowie Gasumlenkbleche
106, die im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Umlenkbleche 50 der Fig.
3 arbeiten und dahin wirken, daß Dämpfe oder Gase die Flüssigkeit über die Oberfläche
des Bodens schieben. An dem rechten Ende des Bodens ist eine Prallplatte 108 befestigt,
deren horizontaler Schenkel 110 einen Umlenkflansch bildet, so daß getrennte Flüssigkeiten
von der Platte 108 in den nächstfolgenden (nicht dargestellten) Fallkanal fallen.
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Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil in der Fraktionier- oder
Destillationstechnik verwendbar, wo man große Mengen von Flüssigkeiten und Dämpfen
bei geringstem Druckabfall in dem Fraktionierturm
trennen wil!. In einer Austauschsäule
können auch verschiedene der gezeigten Bodenformen verwendet werden. Die dargestellten
Ausführungsformen der Böden können zur Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen
in mannigfacher Art abgeändert werden. Beispielsweise können die nach oben geriditeten
Prallplatten über den Boden angeordnet gelocht oder geneigt angebracht werden, um
den Druckabfall einzustellen. Diese Platten suchen die Flüssigkeit auf dem Kolonnenboden
zu halten, und ihre Verwendung ermöglicht eine bessere Trennung der Flüssigkeit
und Gase. Ebenso können die Betriebsbedingungen des Bodens dadurch geregelt werden,
daß man den Abstand zwischen den verschiedenen Umlenkblechen und die relative Größe
der Gasaustrittsschlitze und der Bodennffnungen variiert. Eine größere Verengung
der Schlitze übt eine größere Schubkraft auf die Flüssigkeit aus, die sich über
den Boden bewegt, und verursache einen vollkommenen Kontakt, jedoch bei erhöhtem
Druckabfall.
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PATENTANSPBfJCHE 1. Boden für Austauschsäulen, bestehend aus einer
Anzahl im wesentlichen zueinander paralleler langgestreckter Gasumlenkbleche, die
in Abständen einander überlappend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes
Gasumlenkblech (44) muldenförmig ausgebildet ist und daß diese Bleche auf den Böden
zwischen den Bodenöffnungen so angeordnet sind, daß der eine Schenkel des Bleches
annähernd senkrecht zur Bodenfläche und der andere Schenkel des Bleches annähernd
parallel zur Bodenfläche verläuft.