DE1063576B - Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Stoffaustauschkolonne

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Publication number
DE1063576B
DE1063576B DED20026A DED0020026A DE1063576B DE 1063576 B DE1063576 B DE 1063576B DE D20026 A DED20026 A DE D20026A DE D0020026 A DED0020026 A DE D0020026A DE 1063576 B DE1063576 B DE 1063576B
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DE
Germany
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liquid
partition
chamber
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column
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Application number
DED20026A
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English (en)
Inventor
Dipl-Chem Dr Hermann Stage
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Individual
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/18Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal bubble plates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • Stoffaustauschkolonne In einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten ergibt sich die Notwendigkeit einer intensiven Durchmischung einer Flüssigkeit mit Gasen hzw. Dämpfen. Insbesondere, wenn ein Phasenaustausch zwischen Flüssigkeiten und Gasen erwünscht ist, wie z. B. in der Destillationstechnik, bildet eine gute Durchwirbelung der Flüssigkeit mit den gasförmigen Bestandteilen eine Aufgabe von großer technischer Wichtigkeit.
  • Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen die in den Destillierkolonnen iiber mehrere Kolonnenhöden bzw. -stufen abfließende Flüssigkeit mittels geeigneter Zuführungen, z. B. Tauchleisten, Tauchglocken od. dgl., mit Gasen durchwirbelt wird.
  • Es sind Anordnungen hekannt, bei denen die Flüssigkeit mittels eines Leitblechsystems an den Tauchleisten vorbeigeführt wird, um einen möglichst langen Kontaktweg zwischen eingespeistem Gas und Flüssigkeit sicherzustellen, ehe die Flüssigkeit in den Ablauf für die nächstfolgende Stufe gelangt. Der Ablauf ist bei den bekannten Vorrichtungen als Überlaufwehr gleichmäßiger Köhe ausgebildet, nach dessen Überquerung die Flüssigkeit in einen im Boden der Kolonnenstufe befindlichen Ausfluß bzw. direkt in die nächste Durchwirbelungsstufe gelangt.
  • Diese bekannten Anordnungen weisen erhebliche Nachteile auf. Die Anordnung der zur Flüssigkeitsfiihrung parallelen Leitbleche bedingt einen erheblichen Material- und Kostenaufwand. Die in der Destillationstechnik aus naheliegenden Gründen erwünschte Verwendung der Glastechnik ist insbesondere hei den heute üblichen Kolonnendurchmessern nicht möglich. Die Leitbleche müssen deshalb aus einem hochwertigen Material hergestellt werden und, da sie einen erheblichen Pralldruck der eingespeisten Gase bzw. Dämpfe auszuhalten haben, außerdem mit Versteifungen versehen sein.
  • Ein weiterer entscheidender Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß die mit dem Gas durchwirbelte Flüssigkeit nach dem Vorbeigleiten an den Leitblechen gegen ein Überlaufwehr läuft und nach tiberströmen desselben direkt in den Abfluß bzw. die nächstfolgende Stufe gelangt. Hierdurch wird ein Teil der Flüssigkeit mitgerissen, bei dem der Phasenaustausch erst ungenügend stattgefunden hat, wodurch der Wirkungsgrad der Anordnung pro Stufe verringert wird.
  • Diese obengenannten Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vermieden, welche es insbesondere gestattet, Kolonnenelemente einschließlich der Durchwirbelungsstufen in Glas herzustellen.
  • Entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Flüssigkeit in die eine Kammerhälfte einer aus einem Kolonnenboden und den Begrenzungs- wänden gebildeten Kammer geleitet, deren beide Kammerhälften durch eine Trennwand voneinander getrennt werden. Die Flüssigkeit gelangt dann durch Offnungen, Schlitze oder ähnliche Ausführungen zwischen Treunwandung und Tauchleiste in die andere Kammerhälfte, in der sich der Ausfluß befindet. Nach Durchquerung der genannten Offnungen gelangt die Flüssigkeit in den außerhalb des durch die Offnungen bestimmten Strömungsfeldes befindlichen Ausfluß, dessen Austrittsöffnung höher als der Kolonnenboden liegt. In der Kammerhälfte, in der der Zufluß der Flüssigkeit sich befindet, wird mittels einer Tauchleiste, Tauchglocke, Tauchmantel od. dgl. die Zufuhr des Dampfes bzw. des Gases, mit der die Flüssigkeit durchwirbelt werden soll, in Richtung auf die Trennwandung bewirkt. Die Höhe der Treunwandung ist natürlich vorzugsweise so gewählt, daß kein Spritzwasser aus der einen Kammerhälfte in die Kammerhälfte gelangt, in der der Abfluß sich befindet.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung mehrstufig aus gebildet, so daß der Abfluß der einen Stufe den Zufluß der nächstfolgenden bildet. Hierbei können in an sich bekannter Weise die zwei aufeinanderfolgenden Kammern eine Winkelversetzung gleichartiger Kammerelemente von 1800 aufweisen, wenn die Kammern untereinander in einem gemeinsamen Kolonnenrohr angeordnet sind. Um das erfindungsgemäß erreichte ruhige Abfließen der gut durchwirhelten Oberflächenschichten der Flüssigkeit, in denen der Phasenaustausch am weitesten fortgeschritten ist, in den Abfluß zu unterstützen, kann um den sich iiber den Kolonnenboden erhebenden Abflußstutzen noch ein rohrförmiger Mantel vorgesehen werden, der an der den Kolonnenboden berührenden Seite mit Schlitzen versehen ist, durch welche die Flüssigkeit innerhalb des Mantels mit der außerhalb des Mantels befindlichen Flüssigkeit kommuniziert.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie aus einfachsten Vorrichtungselementen ausgeführt werden kann. Die üblichen Leitbleche für die Fliissigkeitsführung entfallen. Die Überfiutungswehre und die durch sie bedingten oben erläuterten Nachteile werden durch die Trennwandung vermieden.
  • Gleichzeitig ermöglicht die unkompliziert ausgebildete Trennwandung, den erheblichen Pralldruck der eintretenden Gase aufzuhalten, ohne daß Spezialbleche mit Versteifungen vorgesehen zu werden brauchen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Trennwandung aus einem quetschfußförmigen Glasansatz bestehen, der bei zylindrischer Anordnung auf eine Diagonale des Kolonnenbodens verläuft und kurz vor den begrenzenden Wänden abbricht, so daß sich seitliche Durchführungen für die Flüssigkeit ergeben, die ein solches Strömungsfeld lxedingen, daß der vorzugsweise direkt hinter dem mittleren Teil der Zwischenwandung liegende erhöhte Abfluß nicht von der Direktströmung erfaßt wird, sondern in einem strömungstoten Gebiet liegt, so daß ein ruhiges, gleichmäßiges Ablaufen der oberflächlichen Schichten des Gas-Flüssigkeits-Gemisches stattfindet. Neben dem Vorteil der gesteigerten Wirksamkeit hinsichtlich des Phasenaustausches ergibt sich noch zusätzlich die Möglichkeit, besondere Abflußkästen einzusparen, wie sie üblicherweise unter den Kolonnenböden dem eigentlichen Abfluß vorgeschaltet werden.
  • Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, daß auch bei intensivsten Durchwirbelungsvorgängen in der Kammerhälfte, in der der Zufluß sich befindet, nur eine unerhebliche Änderung des Strömungsfeldes in der anderen Kammerhälfte eintritt. Hierdurch wird es ermöglicht, daß sich auf der Bodenfläche ein Konzentrationsgradient entsprechend den Siedetemperaturen der Komponenten des Gases bzw. der Flüssigkeit ausbildet. Die Intensität des Mischvorganges kann so erheblich größer gewählt werden als bei den bekannten Anordnungen, bei denen das Mitreißen von Flüssigkeitsteilchen durch die Gasströmung vermieden werden mußte. Die Intensität der Gasströmung kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung so gesteigert werden - nicht zuletzt durch die Möglichkeit einer unkomplizierten und kompakten Ausbildung der Trennwand -, daß der lange Strömungsweg längs des Leitbleches zur Durchwirbelung des Gases in seiner Wirkung weit hinter der erfindungsgemäßen Durchwirbelung zurücksteht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Kolonnenboden, insbesondere bei mehrstufigen Einheiten, die in ein gemeinsames Kolonnenrohr eingebaut werden, kreisförmig ausgebildet sein, wobei die den Kolonnenboden begrenzende Kammerwand und der Tauchmantel als koaxiale Zylinder ausgebildet sind. Der Durchmesser des Tauchmantels ist natürlich wenigstens in dem Teil, der der Begrenzungswand der Kammer gegenüberliegt, etwas kleiner als der Durchmesser der Kammerwandung um dem Gas einen Durchtritt zwischen dem Zwischenraum der beiden Zylinder zu ermöglichen.
  • Die Erfindung ist an Hand einiger Ausführungsbeispiele in den Figuren veranschaulicht.
  • Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine einzelne Kolonnenstufe gemäß der Erfindung; Fig. 2 veranschaulicht eine Aufsicht auf eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, in Richtung des Pfeiles F1 der Fig. 1 gesehen; Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung im Schnitt; Fig. 4 ist eine Aufsicht auf eine Vorrichtung gemäß Fig. 3, längs des Pfeiles F2 der Fig. 3 gesehen; Fig. 5 veranschaulicht die Verwendung eines den Abfluß umgebenden Mantels; Fig. 6 zeigt mehrere Kolonnenstufen.
  • Der Zwischenboden 1 bildet mit den Begrenzungswänden 2 eine Kammer, welche durch die Trennwandung 3 in zwei Kammerhälften 4 und 5 geteilt wird, Durch den Zufluß 6 erfolgt die Zuführung der Flüssigkeit, die eventuell von einer vorhergehenden Kolonnenstufe eingespeist wird. Zwischen die Wandung 2 der Bodenkammer und die Wandung 7 des Tauchmantels gelangt das durch die Pfeile 8 angedeutete Gas durch die Zwischenräume der Zacken 9 in die Bodenflüssigkeit. Die Flüssigkeit gelangt durch den Spalt 10 zwischen der Trenuwandung 3 und der Wandung des Tauchmantels von der Kammerhälfte 4 in die Kammerhälfte 5, wo sich der Abfluß 11 befindet. Wie die das Strömungsfeld angedeuteten Pfeile 12 anzeigen, liegt der Abfluß 11 in einem fast strömungsfreien Gebiet. Flügelförmige Ansätze 11 a in der Offnung des Abflusses 11 können auch eventuell vorhandene kleine Strömungskomponenten vollständig abbremsen.
  • Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine andere Ausführungsform, bei der nur ein Durchtrittsspalt 10 für die Flüssigkeit vorgesehen ist. Der in der Kammerhälfte 4 befindliche Teil des Tauchmantels 7 ist mit relativ weit auseinanderstehenden Zacken 9 a, der in der Kammerhälfte 5 befindliche Teil mit eng nebeneinanderliegenden Zacken 9b versehen. Die Abstände der Zacken voneinander bestimmen die Stärke der Durchwirbelung in den einzelnen Kammerteilen, so daß gemäß der Ausführungsform der Fig. 3 und 4, besonders in der Kaminerhälfte 4, eine starke Durchwirbelung stattfindet. Das durch die Pfeile 12 angedeutete Strömungsfeld weicht etwas von dem Strömungsfeld gemäß Fig. 1 und 2 ab, so daß der Abfluß eine unsymmetrische Stellung im strömungsfreien Gebiet einnimmt.
  • Fig. 5 veranschaulicht unter Fortlassung einzelner, bereits in den vorhergehenden Figuren erläuterter Konstruktionseinzelheiten die Anbringung eines mantelförmigen Glaskörper 13 um den Abfluß 11. Die Flüssigkeit gelangt zwischen die Zwischenräume der Zacken 14 in das Innere des Mantels, wodurch jeder schädliche Strömungseffekt ausgeschaltet wird.
  • Eine Kolonne mit mehreren Stufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 6 veranschaulicht.
  • Der Tauchmantel ist hierbei mittels der Glasverstrebungen 15 an die Wandung 16 des Kolonnenrohres befestigt.
  • Wie bereits erwähnt, ermöglicht der relativ unkomplizierte Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sämtliche Teile derselben in Glas auszuführen.
  • So kann insbesondere die Trennwand mit dem Austauschboden als bauliche Einheit ausgebildet werden, indem die Trennwand im Austauschboden in Form eines Glasquetschfußes vorgesehen ist.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRVCETE 1. Stoffaustauschkolonne, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Zwischenboden (1) eine den Boden in zwei Räume teilende Trennwand (3) vorgesehen ist, wobei die Räume (4) und (5) durch Öffnungen (10) zwischen den Begrenzungswänden (7) und der Trennwand (3) in Verbindung stehen, daß ein Flüssigkeitszufuhrrohr (6) sich in dem einen Kammerraum (4) befindet, während die Flüssigkeitsabflußleitung (11) im strömungsfreien Gebiet des anderen Kammerraumes (5) angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenboden (1) und seine Begrenzungswände (2) als gefäßförmige, bauliche Einheit ausgebildet sind, daß die Trennwandung (7) sich von einer Seite der Begrenzungswandung (2) bis zur gegenüberliegenden Seite derselben erstreckt und nicht ganz bis zu dieser heranreicht und daß die Flüssigkeitsabflußleitung (11) die Form eines Stutzens aufweist und durch den Zwischenboden (1) hindurchgeführt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchmantel (7) an der den Zwischenboden (1) angrenzenden Berandung mit zwischen zackenförmigen Ansätzen (9) liegenden Schlitzen versehen ist.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abflußstutzen (11) von einem Mantel (13) umschlossen ist, der an der an den Zwischenboden (1) angrenzenden Berandung mit zwischen zackenförmigen Ansätzen liegenden Schlitzen (14) versehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaustrittsstutzen (11) an der oberen Offnung flügelförmige Ansätze (11 e) aufweist.
DED20026A 1955-03-14 1955-03-14 Stoffaustauschkolonne Pending DE1063576B (de)

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DED20026A DE1063576B (de) 1955-03-14 1955-03-14 Stoffaustauschkolonne
DED28624A DE1085497B (de) 1955-03-14 1958-07-28 Stoffaustauschkolonne

Applications Claiming Priority (1)

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DED20026A DE1063576B (de) 1955-03-14 1955-03-14 Stoffaustauschkolonne

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DE1063576B true DE1063576B (de) 1959-08-20

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