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Austauschboden Es ist bekannt, für den Stoffaustausch zwischen einer
gas- oder dampfförmigen und einer flüssigen Komponente Austauschböden zu verwenden,
die eine intensive Durchmischung des Gases bzw. Dampfes mit der Flüssigkeit dadurch
ermöglichen, daß das Gas oder der Dampf durch kleine Öffnungen von Siebflächen oder
Siebglocken geleitet wird und so in einer Vielzahl von Blasen eine feine Verteilung
in der Flüssigkeit erfährt, wobei durch die sattelförmige oder gewölbte Profilierung
der Siebflächen oder -glocken eine gewisse. Steuerbarkeit der wirksamen Fläche erreicht
wird, insofern als je nach der Drud belastung eine kleinere oder größere Anzahl
von Öffnungen von Gas oder :Dampf durchsetzt wird.
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Hierbei ist jedoch der Größe und Anzahl der Öffnungen in den Siebglocken
oder -flächen eine gewisse Grenze gesetzt und damit auch die obere Belastung auf
einen Wert beschränkt, bei dessen tberschreiten die Gefahr besteht, daß das Gas
durch den damit verbundenen Druckanstieg schlauchartig die Flüssigkeit durchdringt
und diese schließlich vom Boden abhebt.
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Um diesen Zustand zu vermeiden, hat man bei Verwendung von Siebglocken
die seitlichen Begrenzungsflächen geschlitzt ausgeführt, so daß das Gas durch diese
Offnungen ähnlich wie bei normalen Schlitzglocken entweichen kann. Der Wirkungsgrad
des Bodens wird jedoch durch die an dieser Stelle erzeugten Blasen größeren Durchmessers
herabgesetzt.
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Die Erfindung-vermeidet diesen Nachteil -bei Austauschböden der angegebenen
Art in erster I,inie dadurch, daß gewölbte oder sattelförmige Siebflächen oder -glocken
an den Kanten mit nach oben gerichteten Strahldüsen für das Gas versehen sind, wobei
diese Strahldüsen entweder senkrecht oder schräg nach oben gerichtet und im letzteren
Fall vorzugsweise gegen die Strömungsrichtung der Flüssigkeit über den Boden geneigt
sein können. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung können über den Strahldüsen
für das Gas außerdem. Saugdüsen für die Flüssigkeit angeordnet sein. Auf diese Weise
wird die kinetische Energie des mit relativ hoher Geschwindigkeit (mindestens 10
m/sec) ausströmenden Gases dazu benutzt, um durch Strahl- bzw. Strahlsaugwirkung
einen Teil der über den Boden strömenden Flüssigkeit umzuwälzen und zu versprühen,
wodurch ein erneuter Austausch über der Siebbodenfläche stattfindet.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß oberhalb dieser Umwälz- bzw.
Sprühdüsen Prallflächen oder Spritzteller angebracht sind. durch die noch wirksamer
die vom Gas mitgerissene Flüssigkeit in Tropfen aufgelöst und auf die Siebglocken
oder -flächen zurückgeworfen wird.
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Wird außerdem zwischen den Böden noch eine Stoß schicht, beispielsweise
aus Raschigringen, vor-
gesehen, so wird das Mitreißen von Flüssigkeitsteilchen durch
das Gas von einem Boden zum anderen auch bei geringem Bodenabstand und hoher Freiraumgeschwindigkeit
unterbunden und damit ein hoher Bodenwirkungsgrad gesichert.
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Durch die Erfindung ist also die Möglichkeit geschaffen, die bisher
üblichen Gas- bzw. Dampfgeschwindigkeiten in Kolonnen wesentlich zu steigern und
gleichzeitig den Abstand der Böden zu reduzieren, ohne die Anzahl der Böden vergrößern
zu müssen. In Verbindung mit Wellsiebböden läßt sich eine damit ausgerüstete Kolonne
mit Freiraumgeschwindigkeiten von etwa 0,1 bis 1,5 m/sec ohne wesentliche Beeinträchtigung
des Wirkungsgrades betreiben.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen Fig. 1 und 2 einen Austauschboden mit Siebglocken im Achsschnitt
bzw. im Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 1, Fig. 3, 4 und 5 einen Austauschboden
mit Siebflächen im Achsschnitt bzw. im Schnitt nach der Linie AB in Fig. 3 bzw.
im. Schnitt nach der Linie C-D in Fig. 4, Fig. 6 und 7 eine andere Ausführungsform
eines Bodens mit Siebglocken im Achsschnitt bzw. im Schnitt nach der Linie A-B in
Fig. 6.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die in einer Kolonne
1 übereinander angeordneten Austauschböden 2 mit sattelförmigen Siebglocken 3 versehen,
die Löcher geringen Durchmessers von etwa 1 bis 4 mm aufweisen und über Schlote
4 für den Gasaustritt angeordnet sind. Durch die Höhe dieser Schlote ist die untere
Belastungsgrenze des Bodens festgelegt, bei welcher die durch die Schlothöhe gegebene
freie Siebfläche a den Durchtropfpunkt erreicht.
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An den aneinandergrenzenden Rändern von zwei henachbarten Siebgloclren3
sind Schlitze oder Öffnungen 5 vorgesehen, über denen düsenartige Leitbleche 6 und
7 angeordnet sind, von denen die Leitbleche6 als Strahldüsen für das Gas und die
Leitbleche 7 als Saugdüsen für die Flüssigkeit dienen. In gewissem Abstand über
den Düsen sind Spritzteller 8 angebracht, während darüber gegebenenfalls eine mit
Raschigringen oder anderen Füllstoffen versehene Abstreiferschicht 9 vorgesehen
sein kann.
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Die von den Leitblechen 6 und 7 gebildeten Düsen trStffll in Wirksamkeit,
wenn bei entsprechend hoher Gas bzw. Dainpfheaufschlagung die Flüssigkeit unter
der Glocke so weit verdrängt wird, daß Gas durch die Schlitze 5 entweicht. Hierbei
wird durch die Strahlsaugwirkung der Düsen die Flüssigkeit nicht nur besonders wirksam
umgewälzt und mit dem Gas durchmischt, sondern auch gegen die Spritzteller 8 geschleudert
und auf die Siebglocken 3 zurückgeworfen, wo ein erneuter Austausch mit dem Gas
oder Dampf in feiner Verteilung stattfindet. Ein Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen
zum nächsten Boden wird durch die Abstreiferschicht 9 verhindert.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bis 5 sind sattelförmige Siebflächen
3' vorgesehen, die in ihrer Gesamtheit einen sogenannten Wellsiebboden darstellen,
der im Gegensatz zu den Glocken in Fig. 1 keine herabgezogenen freien Ränder aufweist.
Der Gaszutritt erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel durch seitliche Schlote 4'
unter die Glocken 11 (Fig. 5) und von da unter die Scheitel der einzelnen Siebflächen,
wobei die Scheitel hier keine Löcher aufweisen. Da bei diesem Boden an der unteren
Belastungsgrenze nur die dem Scheitel benachbarten oberen Lochreihen wirksam werden,
kann er mit sehr geringen Gas- bzw. Dampfgeschwindigkeiten, etwa einer Freiraumgeschwindigkeit
von 0,i mzsec betrieben werden. Wenn die Gas- bzw. Dampfbelastung Null wird, findet
kein Durchtropfen von Flüssigkeit statt, solange die Schlothöhe größer als die Höhe
der über laufwehre 10 ausgeführt ist.
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Im übrigen sind auch bei dieser Ausführungsform an den Grenzkanten
der Siebflächen 3' Schlitze 5' mit darüber angeordneten Leitblechen 6', 7' und Spritztellern
8' sowie gegebenenfalls Abstreiferschichten 9' vorgesehen, wobei diese Teile in
derselben Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 wirksam werden.
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Bei den beiden vorstehenden Ausführungsfofmen sind die mit den Schlitzen
und Düsen versehenen Kanten zwar im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der
Flüssigkeit über den Boden dargestellt, ohne daß dies jedoch hier stets erforderlich
wäre; vielmehr können die Düsen unter Umständen auch schräg oder parallel zur Strömungsrichtung
verlaufen.
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Dagegen sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 die Düsen
vornehmlich quer zur Strö mungsrichtung der Flüssigkeit anzuordnen, und zwar
vorzugsweise
so, daß die schräg nach oben gerichteten Strahldüsen 6" entgegen der Strömungsrichtung
geneigt sind und infolgedessen die Flüssigkeit im Bereich einer Siebglocke in Umlauf
versetzen.
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Die Spritzteller 8", die hier etwa in der Mitte über den Siebglocken
3" mit ihren Schloten 4" angeordnet sind, können mit einer Ablaufkante versehen
sein, um die abgeschleuderten Tropfen wirksam von der benachbarten Siebglocke fernzuhalten.
Mit dieser Anordnung wird die intensive Durchmischung der Flüssigkeit auf ihrem
Weg über den Boden stufenweise, und zwar jeweils im Bereich einer Glocke vorgenommen,
so daß zwischen den einzelnen Stufen oder Glocken ein möglichst großes Konzentrationsgefälle
erreicht werden kann. Das Verstärkungsverhältnis kann unter diesen Umständen besonders
bei Böden größeren Durchmessers den Wert 1 über schreiten.
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Diese Ausführungsform ist überall dort angebracht, wo ein etwas größerer
Strömungswiderstand und Druckverlust von untergeordneter Bedeutung sind.
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Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen können auch mehr
als zwei Siehglocken oder -flächen mit der entsprechenden Anzahl von Düsen je Boden
vorgesehen sein, wobei für die Ausbildung der Düsen im einzelnen alle bekannten
strömungstechnischen Erkenntnisse sinngemäß herangezogen werden können.