DE1057070B - Kontaktboden fuer Austauschsaeulen, z. B. Fraktionierkolonnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kontaktböden, wie sie in Fraktionierkolonnen, Waschtürmen, Absorptionskolonnen, Wärmeaustauschertl u. dgl., in denen eine Flüssigkeit und ein Dampf miteinander in enge Berührung gebracht werden sollen, Verwendung finden können.

Kontaktböden in Gestalt flacher, gelochter Platten oder Scheiben sind in mannigfacher Abwandlung bekannt. Bei einer oft verwendeten Ausführungsform werden sie mit Fallrohren verwendet, durch die Flüssigkeit über den Rand der Platte abfließen kann. Auch ebene gelochte, flache Kontaktböden, bei denen die Flüssigkeit durch dieselben im Gegenstrom zum aufwärts strömenden Dampf tritt, sind bekannt.

Die Erfahrung lehrt, daß bei Kontaktböden ohne Fallrohre unter Verwendung der gleichen öffnungen für den Durchtritt der Dämpfe und der Flüssigkeit im allgemeinen nicht der erwünschte gleichzeitige Durchtritt beider im Gegenstrom eintritt. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß der Dampf meist in unstabiler Weise ruckweise durch die Öffnungen hindurchtritt, wonach anschließend die Flüssigkeit durch dieselben Löcher herabtropft. Die Folge ist eine Wellenbewegung auf den Böden, so daß der Dampf ruckweise durch das Wellental heraufströmt, während die Flüssigkeit von den Wellenkämmen herabfließt. Diese Instabilität ist unerwünscht, weil der Dampf dabei an der geringsten Tiefe- der Flüssigkeit abgeht und infolge des absatzweisen Austrages der hera"bströmenden Flüssigkeit die Abflußleistung des Bodens begrenzt und ein Mitreißen von Flüssigkeit möglich ist.

Man hat deshalb versucht, Kontaktböden, zu schaffen, bei denen die vorerwähnten unliebsamen Erscheinungen vermieden werden und eine kontinuierliche Gas- und Flüssigkeitsströmung jederzeit aufrechterhalten bleibt. So sind z. B. Kontaktböden in Gestalt perforierter Platten bekanntgeworden, bei denen die Öffnungen für den Durchtritt der Gase über dem auf der Platte vorhandenen Flüssigkeitsspiegel liegen, so daß die Flüssigkeit nur durch die für sie bestimmten öffnungen fließen kann. Bei dieser Anordnung jedoch ist der Kontaktboden nur teilweise von Flüssigkeit bedeckt, und es tritt deshalb auf dem Kontaktboden selbst auch keine innige Berührung zwischen Dampf und Flüssigkeit ein. Bei einem anderen Vorschlag, nach dem der Kontaktboden in erniedrigten Teilen desselben, öffnungen für das aufwärts strömende Gas und andere öffnungen für den Flüssigkeitsstrom in erhöhten Teilen aufweist, so daß also die Überlauföffnungen für die Flüssigkeit höher liegen als die Austrittsöffnungen für den Dampfstrom, wird zwar eine Durchdringung der Flüssigkeit mit Dampf angestrebt, aber die vorerwähnte unstabile Arbeitsweise eher gefördert als gemildert.

Kontaktboden für Austauschsäulen,
z. B. Fraktionierkolonnen

Anmelder:

Stone & Webster

Engineering Corporation,

Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C-H. Huss, Patentanwalt,
Garmisch-PartenMrchen, Rathausstr. 14

Beanspruchte Priorität:
V, St. v. Amerika vom 6. Mai 1953

Der Kontaktboden nach der Erfindung soll die vorerwähnten Nachteile beheben. Er besteht aus einer Platte oder Scheibe, die Vertiefungen mit Öffnungen und zwischen diesen Erhöhungen mit Öffnungen aufweist, wobei ~ die öffnungen von im wesentlichen gleicher Größe sind und sich im wesentlichen über die gesamte horizontale Querschnittsfläche des Bodens erstrecken und den einzigen Durchgangsweg für beide Strome der in Kontakt zu bringenden FIuida bilden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildungsform eines Kontaktbodens werden auf dessen Oberfläche Flüssigkeitszonen gebildet, welche die Öffnungen überlagern und auf den öffnungen, durch die vorzugsweise Flüssigkeit herabrieseln soll, einen höheren statischen Flüssigkeitsdruck ausüben als auf die Bohrungen, durch die in erster Linie Dampf hindurchtreten soll, über denen aber trotzdem ebenfalls Flüssigkeit steht. Infolge des erzeugten statischen Differentialdruckes wird die Flüssigkeit aus den vertieften Teilen kontinuierlich in stabiler Weise abfließen, während der Dampf in statuier Weise kontinuierlich aus den erhöhten Teilen abströmen wird.

Der Kontaktboden nach, der Erfindung ermöglicht demnach nicht nur eine auch bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten sichere Stabilität der Betriebsweise, damit der Aufbau hoher Wellenkämme belüfteter Flüssigkeit vermieden wird, sondern als Folge hiervon auch das dichtere Aneinanderrücken der übereinander angeordneten Köntaktböden in beispielsweise einer Fraktionierkolonne und die Aufteilung des

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Dampfstromes in eine "Vielzahl feiner Einzelströme, wodurch ein inniger Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit erreicht wird.

Dabei ist der Kontaktboden nach der Erfindung sehr einfach aufgebaut, vermeidet Fallrohre und weist unter sich öffnungen gleicher Form und Größe auf. Die einfache Konstruktion erlaubt es nicht nur, die Herstellungskosten herabzusetzen, sondern auch die Kontaktböden innerhalb der Säule genau auszurichten, in zwei Sätzen vorgefertigt einzubauen oder auszuwechseln.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise gezeigt. Es stellt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Fraktionier- oder !Rektifizierkolonne mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktbodens dar,

Ffg. 2 einen Schnitt nach" der Linie 2-2 der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Fraktionier- oder Rektifizierturm mit vier Kontaktböden 12,14,16 und 18, die in zweckmäßigem Abstand übereinander angeordnet sind. Der Kolonnenmantel 10 ist unten und oben durch Wände 20 bzw. 22 geschlossen und mit einer Anzahl von Rohrleitungen verbunden. Das Rektifiziergut, z. B. in Dampfform, tritt in den Turm durch die durch Ventil 26 abzuschließende Rohrleitung 24 ein. Der aufwärts steigende Dampf wird auf den Kontaktböden rektifiziert, und das leichtsiedende Destillat wird durch die Rohrleitung 28"mit Ventil 30 abgezogen. Im Betrieb wird in bekannter Weise das als leichtsiedendes Destillat entfernte Produkt außerhalb des Turmes gekühlt und das dabei auskondensierende FIuidum als Flüssigkeit für den Rückfluß wieder in den Turm eingeführt, z. B. durch die Rückfluß leitung 32, welche in einem Verteilerrohr 34 enden kann. Dieses hat öffnungen 35 für den Austrag der kühlen Flüssigkeit für den Rückfluß in den Turm oberhalb des Kon- -taktbodens 12. Ebenso wie die anderen Leitungen besitzt auch die Leitung 32 ein Absperrventil 36. Während des Fraktioniervorganges sammeln sich die schweren Rückstände, die im allgemeinen als hochsiedender Rückstand bezeichnet werden, am Boden des Turmes an; sie können durch eine Rohrleitung 38 mit Absperrventil 40 am Boden der Kolonne 20 abgezogen werden.

Jeder der Kontaktböden 12,14,16 und 18, wie sie hier vorzugsweise eingebaut sind, ist kreisförmig, und die Oberfläche ist so beschaffen, daß sie mehrere Vertiefungen 42 und zugeordnete Erhöhungen 44 besitzt, die sich zwischen den ersteren quer über den Kontaktboden in einer Richtung-parallel zu einem Durchmesser des Bodens erstrecken. Die Vertiefungen 42 besitzen mehrere Ablauf öffnungen 46, durch die die Flüssigkeit in erster Linie-herabtropfen soll. Ebenso befinden sich mehrere Entlüftungsöffnungen 47 in den erhöhten Teilen 44, durch' die in erster Linie Gas und/oder Dampf aufwärts durch die Flüssigkeit auf dem Boden entweichen soll.

- Die relative Fläche der vertieften und der zugehörigen erhöhten Teile des Kontaktbodens kann in der -Konstruktion nach den relativen Mengen der durch den Apparat strömenden Gase und Flüssigkeiten bemessen werden. Die Abwärtsflußkapazität des Bodens kann durch die richtige Wahl der Fläche im vertieften Teil so eingestellt werden, daß man hohe Mengen je Zeiteinheit für die abwärts strömende Flüssigkeit erhält, und die Tiefen der vertieften Teile können in der Konstruktion sobemessen werden, daß der statische Flüssigkeitsdruck erhöht und damit der Ablauf gefördert wird.· In dieser bevorzugten Ausführungsform ist jede Vertiefung 42 -in der Breite etwas größer als in der Tiefe und ungefähr gleich der Breite des unvertieften bzw. erhöhten Teils 44 des Bodens.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung der einzelnen Kontakte in einem Turm so getroffen, daß, wie in Fig. 1 gezeigt, die Vertiefungen des einen Bodens zu den Vertiefungen in den darüber und darunter angeordneten Böden versetzt angeordnet sind. Dadurch überlagert jeder vertiefte Teil einen erhöhten Teil des unmittelbar darunter befindlichen

ίο Bodens, und der durch die Öffnungen 47 in einem gegebenen Boden aufwärts entweichende Dampf wird veranlaßt, im allgemeinen quer zu dem Turm zwischen den Böden zu streichen, um die Austrittsöffnungen 47 in dem nächsthöheren Boden zu erreichen. Auf diese Weise strömt der aufsteigende Dampf quer durch den abwärts rieselnden Flüssigkeitsregen zwischen den Böden und bewirkt auch damit eine innige Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit.
- Die Größe und Anzahl der öffnungen 46 und 47

ao richtet sich nach den relativen Strömungsgeschwindigkeiten für Flüssigkeit und Dampf, wie sie für die gegebenen Umstände gewünscht werden und um den erforderlichen Flüssigkeitsstand über der Oberfläche der unvertieften Teile 44 des Kontaktbodens aufrechtes zuerhalten. Dies führt zu Flüssigkeitszonen von verschiedenem statischem Druck auf abwechselnden Flächen des Bodens, wodurch die öffnungen 46 in den vertieften Teilen einem höheren statischen Druck ausgesetzt sind als die Bohrungen 47 in den erhöhten Teilen.

Nun kann man durch die Regelung des Druckes des aufsteigenden Gases oder Dampfes innerhalb der durch den hohen und den niedrigen statischen Druck bestimmten Grenzen das Gas veranlassen, seinen Weg aufwärts durch die Bahnen geringsten Widerstandes, also die Öffnungen 47 in den Erhöhungen 44 zu nehmen. Während dieser Zeit strömt unbelüftete oder niedrig belüftete Flüssigkeit durch die Öffnungen 46 abwärts, da diese Flüssigkeit einen größeren nach abwärts gerichteten Druck hat als das aufsteigende Gas. Dieses Phänomen hat ein neues und unerwartetes Ergebnis, indem praktisch mindestens der ganze obere Teil der Flüssigkeitsmasse auf dem Kontaktboden in eine zirkulierende Masse bzw. einen Schaum mit verhältnismäßig kleinen Blasen 48 umgewandelt wird, wie es schematisch in Fig. 1 angedeutet ist, wodurch Flüssigkeit und Dampf innig miteinander vermischt werden. Auf diese Weise wird notwendigerweise die ganze Flüssigkeit der Einwirkung des Dampfes unterzogen, so daß man höherraffinierte Fraktionen erhalten kann.

Ein erheblicher Vorteil eines Kontaktbodens nach der Erfindung wird auch darin erblickt, daß der Durchmesser des Turms nicht begrenzt ist; die vorliegende Erfindung kann daher mit gleichem Wirkungsgrad für alle Apparatgrößen verwendet werden.

Obwohl in der Zeichnung nur eine Ausführungsform der Erfindung mit rechteckigen Vertiefungen dargestellt ist, sind die Vertiefungen nicht auf diese Form beschränkt". Beispielsweise können die Vertiefungen, anstatt wie in den Fig. 1 und 2 gerade und parallel zu sein, auch eine konzentrische Anordnung haben oder die Form mehrerer beliebig gestalteter Vertiefungen bzw. Becher annehmen. Natürlich ist jeder der Kontaktböden 12,14,16 und 18 am Rande gegen die Wand des Turmes bzw. des Mantels 10 abgedichtet," um das Durchtreten von Flüssigkeit an den Kanten bzw. das Entweichen jedes Fluidums dortselbst zu verhindern.

Claims (4)

1. Obwohl die dargestellte Ausführungsform für einen Fall beschrieben wurde, bei dem das Rektifiziergut vorzugsweise Dampfform besitzt, kann das Rektifiziergut auch eine Flüssigkeit oder ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf sein. Es ist ferner selbstverständlich, daß das zu verarbeitende Rektifiziergut im allgemeinen ein Gemisch aus Bestandteilen mit verschiedenen Siedepunkten sein kann, wie z. B. eine Rohölfraktion mit weitem Siedebereich, die innerhalb des Turmes in Fraktionen mit dem gewünschten engeren Siedebereich aufgespalten werden soll.

   Durch die vorliegende Erfindung wird ein sehr vielseitiger und elastisch arbeitender Kontaktboden geschaffen, der billig in der Herstellung ist, aus mehreren oder aus einem einzigen Teil verfertigt werden kann und einen hohen Wirkungsgrad sowie hohe Arbeitsstabilität in einem äußerst weiten Betriebsbereich verbürgt. Gleichzeitig kann die Konstruktion derart geändert werden, daß jede gewünschte Betriebsweise erreicht wird.

   nungen (47) aufweisen, wobei die Öffnungen (46, 47) von im wesentlichen gleicher Größe sind, sich im wesentlichen über die gesamte horizontale Querschnittsfläche der Austauschsäule erstrecken und den einzigen Durchgangsweg für die Ströme der Fluida bilden.
2. 2. Kontaktboden nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (42) rechteckig sind.
3. 3. Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen der Platte von beliebiger Form sind.
4. 4. Kontaktboden nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe an seinem Umfang gegen den Kolonnenmantel (10) abgedichtet ist und die einzelnen Kontaktböden in der Weise zueinander versetzt angebracht sind, daß die Vertiefungen (42) des einen Bodens mit den Erhöhungen (44) des darüber- und darunterliegenden Bodens fluchten.

   Patentansprüche: In Betracht gezogene Druckschriften:

   1. Kontaktboden für Austauschsäulen, z. B. Deutsche Patentschriften Nr. 742 243, 655 087,

   Fraktionierkolonnen, in Gestalt profilierter Plat- 633 433, 509 927;

   ten, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (12, 25 britische Patentschrift Nr. 23 754 aus dem Jahre 14,16,18) Vertiefungen (42) mit Öffnungen (46) 1900;
   und zwischen diesen Erhöhungen (44) mit OfF- USA.-Patentschrift Nr. 2 047 444.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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