DE1070140B - Stoffaustauschkolonne für Destillier-, Fraktionier- und Absorptionszweckc - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschkolonne (Kontaktsäule), die zur Durchführung von Verfahren zu verwenden ist, bei denen eine abwärts strömende Flüssigkeit mit aufsteigenden Gasen oder Dämpfen in unmittelbare Berührung gebracht wird. Solche Säulen hat man mit Einbauten versehen, die Glocken aufweisen, deren Ränder in Flüssigkeitsringe eintauchen und unter die die Gase oder Dämpfe geleitet werden, so daß diese dann unter dem Rand der Glocken heraus durch die Flüssigkeitsringe hindurchperlen müssen, so daß sich zwischen den beiden Medien eine innige Berührung ergibt.

Der Wirkungsgrad dieser Kolonnen hängt von einer größeren Zahl von Faktoren ab, insbesondere vom Querschnitt der Fallkanäle, von der Länge, der Überlaufränder, von dem Verhältnis der Querschnitte der Aufsteigräume zum Gesamtquerschnitt der Säule, von dem Verhältnis des Umfangs der Glocken zum Querschnitt der Aufsteigräume und von den Durchtrittsquerschnitten zwischen den Glocken und der Außenwand des Turms oder zwischen den nebeneinanderliegenden Glocken und Überlaufrändern.

Die bekannten Glockenböden sind in verschiedener Weise aufgebaut. Wenn das Überlaufrohr neben der Glocke liegt, so ist der Raum nur unvollkommen ausgenutzt. Deshalb ist bei einer bekannten Einrichtung das Überlaufrohr zentrisch angeordnet und wirkt mit einer ringförmigen Glocke zusammen. Bei einer anderen Konstruktion ist eine kreisförmige Glocke vorgesehen, die in ein Ringbecken eintaucht, dessen Außenrand als Überlauf dient, d. h., zwischen dem äußeren Beckenrand und der Wand der Kontaktsäule besteht ein ringförmiger Überlaufraum.

Diese Anordnungen stellen stabile Konstruktionen aus Blech dar, deren einzelne Teile miteinander fest verbunden sind. Die Einzelteile haben größtenteils komplizierte Formen. Letzteres gilt auch für einen bekannten Glockenboden, der unsymmetrisch ausgebildet ist, so daß die Flüssigkeit jeweils nur an einer Stelle von Boden zu Boden überlaufen kann.

Die Erfindung hat das Ziel, eine Stoffaustauschkolonne aus möglichst einfachen Einzelteilen aufzubauen, die z. B. aus Glas hergestellt sein können. Sie sollen so geformt sein, daß sie ohne besondere Befestigung auf den Zwischenböden aufeinandergestellt werden können und von denselben getragen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß abwechselnd eine ringförmige Glocke mit einem zylindrischen Überlaufrohr und eine kreisförmige Glocke mit einem ringförmigen Überlaufraum zusammenwirken.

Gemäß der Erfindung ist also eine Stoffaustauschkolonne, bestehend aus zylindrischen Abschnitten, die durch ringförmige Zwischenboden getrennt sind, auf Stoffaustauschkolonne für Destillier-, Fraktionier- und Absorptionszwecke

Anmelder:

Q. V. F. Limited,

Fenton, Stoke-on-Trent (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, ■■ München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 6. März 1956 ■'■.

denen Glockenböden übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenboden zwei aufeinanderstellende Einbauten tragt, von denen der eine ein Überlaufrohr, ein den oberen. Rand desselben umgebendes Ringbecken, das mit dem als Rohrstutzen ausgebildeten Innenrand des Zwischenbodens zur Bildung einer ringförmigen Glocke zusammenwirkt, und einen zwischen dem Überlaufrohr und der Kolonnenwand befindlichen ringförmigen Aufsteigraum besitzt, während der andere Einbau ein Ringbecken mit äußerem Überlauf rand und einen sich von dem Becken nach unten bis zum Zwischenboden erstreckenden Zylinder aufweist, der zwischen sich und der Kolonnenwand einen ringförmigen Überlaufraum frei läßt und einen zylindrischen Aufsteigraum umschließt, der nach oben in eine hochgezogene kreisförmige Öffnung des Beckens mündet, die von .einer Glocke bedeckt ist, welche an ihrer Oberseite einen Überlaufrand trägt, in den das untere Ende des Überlaufrohres des anderen Einbaues hineinragt.

In der Zeichnung sind zwei Beispiele für die Ausführung der Stoffaustauschkolonne nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen beide Figuren Längsschnitte durch einen Teil einer Stoffaustauschkolonne.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist die Säule 1 mit paarweise übereinander angeordneten Einbauten 2 und 3, bei der Ausführung nach Fig. 2 mit paarweise angeordneten Einbauten 2 und ZA versehen.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 soll der oberste Einbau von der Bauart 2 und der unterste von der

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Bauart 3, doch können, die beiden Einbauten auch gegeneinander vertauscht sein. Der Einbau 2 weist einen Rohrstutzen 4 auf, der von einer Glocke 5 überdeckt ist, welche mit ihrem nach unten gerichteten Rand 8 in ein ringförmiges Becken 6 ragt, das außen von einem Zylinder 7, innen von dem Rohrstutzen 4 und unten von einem sich an diesen Rohrstutzen anschließenden ringförmigen Boden 14 begrenzt wird, dessen äußerer Rand mit der Innenwand des Zylinders 7 abdichtend verbunden ist. Der Rand 8 der Glocke 5 weist Ausschnitte auf, beispielsweise dreieckige Ausschnitte 9, wie sie auf der linken Seite der Fig. 1 dargestellt sind, oder -längliche Ausschnitte 10, wie sie rechts gezeigt sind. Die obere Kante 11 des Zylinders 7 liegt etwas tiefer als die obere Kante 13 des Rohrstutzens 4,"so daß die Kante 11 einen Überlauf für das ringförmige Becken 6 bildet.

Auf der oberen Fläche der Glocke 5 ist ein ähnlicher Überlaufrand 16 angeordnet. In den durch diesen Rand begrenzten Raum mündet von oben her ein Überlaufrohr 24, das von dem nächsthöheren Einbau 3 nach unten ragt. Die tmtere Kante des Rohres 24 ist mit Ausschnitten 17 versehen, die niedriger sind als der Überlauf rand 16. Die durch das Überlauf rohr 24 herabfließende Flüssigkeit gelangt durch die Ausschnitte 17 und über den Rand 16 auf die Außenfläche der Glocke 5 und in das Ringbecken 6, in dem sie die Glocke 5 abdichtet, und dariri über den Überlauf rand 11 in den zwischen dem Zylinder 7 und der Kolonnenwand 1 befindlichen ringförmigen Uberlaufraum 18, der die Abflußleitung für den Einbau 2 bildet.

Während des Betriebes steigen die Gase oder Dämpfe in dem zwischen den beiden Einbauten 2 und 3 vorhandenen Aufsteigraum 19 hoch und gelangen in den Rohrstutzen 4. Beim Austritt aus diesem Rohrstutzen werden sie durch die Glocke 5 nach außen und unten in den Ringraum 20 umgelenkt, aus dem sie durch die in dem Ringbecken 6 befindliche Flüssigkeit hindurch und an der unteren Kante der Glocke durch die Ausschnitte 9 öder 10 in den äußeren Teil des Ringbeckens 6 gelangen und dort hochperlen. Sie kommen auf diese Weise in den oberhalb des Ringbeckens vorgesehenen 'Aufsteigraum 21, der sich zwischen dem Einbau 2 und dem nächsthöheren Einbau 3 befindet. Die von dem Überlauf rand 16 gestaute Flüssigkeit dichtet das Überlauf rohr 24 an seinem unteren Ende ab, so daß die aufsteigenden Gase oder Dämpfe nicht in dieses Rohr gelangen und den nächsthöheren Flüssigkeitsring umgehen können.

Der untere Einbau 3 der in Fig. 1 dargestellten Bauart besteht aus einer ringförmigen. Glocke 22, einem ringförmigen Becken 23 und dem Über lauf rohr 24, das durch den Boden des Beckens 23 etwas nach oben ragt. Die Glocke 22 ist; flüssigkeitsdicht mit der Kolonnenwand 1 verbunden und besteht aus einer Ringscheibe 25 mit einem nach unten gerichteten Innenrand 26, dessen untere Kante mit länglichen Ausschnitten 27 oder dreieckigen Ausschnitten 28 versehen ist.

Der Boden des Beckens 23 ist flüssigkeitsdicht mit dem Überlauf rohr 24 verbunden, und die obere Kante 30 des Beckens ist etwas höher, die oberen Kanten der Ausschnitte 27 oder 28:sirid dagegen etwas tiefer als die obere Kante 31 des Überlauf rohres. Auf der Ringscheibe 25 ist innerhalb des Zylinders 7 ein Uberlaufring 32 flüssigkeitsdicht befestigt, dessen obere Kante etwas' höher als die oberen Kanten von Ausschnitten'33 liegt, die sich im unteren Rand des Zylinders 7 befinden;; Die die Glocke 22 bildende Ringscheibe 25 ist größer als die. Kolonnenwand 1, so daß die Kolonne in entsprechende Abschnitte unterteilt wird, die je einen Einbau 2 und 3 enthalten. Das Ringbecken 23 ist vorzugsweise mit radialen Zentrierstegen 34 versehen, die auf den Umfang verteilt sind und sich von innen an der Kolonnenwand 1 abstützen. Bei der Kolonne nach Fig. 2 hat der Einbau 3 A eine gegenüber dem Einbau 3 nach Fig. 1 abgeänderte Ausführung. Dieser Einbau ZA weist hier eine Glocke 22a auf, die sich als flanschartiger Ansatz unmittelbar an den oberen Rand des Überlaufrohres 24 anschließt und in ein Ringbecken 23ö eintaucht. Das Überlauf rohr ist von dem Ringraum 21 umgeben, der als Aufsteigraum für die Gase oder Dämpfe dient. Die Glocke 22 α hat eine mittlere öffnung 35, die bei

36 in das Überlaufrohr 24 übergeht. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn der nach unten umgebogene Rand 37 der Glocke 22 α sich auf den Boden des Beckens 23 a auflegt, der untere Rand des Überlaufrohres 24 auf der oberen Fläche der Glocke 5 des

ao nächsttieferen Einbaues 2 aufliegt oder einen geringen Abstand von ihr hat, aber nicht höher als die obere Kante des auf dieser Glocke angeordneten Überlaufringes 16 liegt. Das Becken 23a weist als Boden eine Ringscheibe 38 auf, deren innerer Rand 39 innerhalb der Glocke 22 α nach oben umgebogen ist. Er läßt eine kreisförmige öffnung 40 frei, durch die das Überlaufrohr 24 nach unten ragt. Die Glocke 22 α ist mit einigen auf den Umfang verteilten Radialstegen 41 versehen, die sich von innen gegen den Zylinder 7 anlegen und die Glocke 22 α zentrieren. Die Glocke 22 a ist an ihrer Unterkante mit V-förmigen Durchlässen versehen. Im Betriebszustand drücken die durch die öffnung 40 aufsteigenden Gase oder Dämpfe auf den Spiegel der im Becken 23 α unter der Glocke 22 be-Endlichen Flüssigkeit, bis sie durch die V-förmigen Durchlässe aus der Glocke, ausströmen können. Dabei wird die an der Außenseite der Glocke 22a befindliche Flüssigkeit durch den Druck in der Glocke hochgetrieben, bis sie an der Außenfläche der Glocke 22 α in die mittlere öffnung 35 und durch das Überlaufrohr 24 nach unten strömt.

Im Betrieb ergänzen sich die beiden Einbauten 2 und 3 gemäß Fig. 1. An dem Einbau 3 fließt die Flüssigkeit durch den ringförmigen Fallkanal 18 nach unten und bildet an der Außenseite des Überlaufringes 32 einen Flüssigkeitsring, der den unteren Rand des Zylinders 7 abdichtet. Die Flüssigkeit fließt dann über den Ring 32 und die Innenfläche 26 der ringförmigen Glocke 22 nach unten in das Becken 23, in dem sie einen weiteren Flüssigkeitsring bildet, in den die untere Kante des Randes 26 der Glocke 22 eintaucht, und schließlich über die Kante 31 in das Überlaufrohr 24. Gleichzeitig steigen die Gase oder Dämpfe durch den Raum 21 hoch und werden danach zwischen dem Rand 29 des Beckens 23 und dem Rand 26 der Glocke 22 hindurch nach innen und unten umgelenkt, wo sie um die untere Kante des Randes 26 herum und durch den Flüssigkeitsring hindtirchperlen und schließlich durch den Aufsteigraum 19 zu dem nächsthöheren Einbau 2 gelangen.

In Fraktionierungs- oder Absorptionskolonnen mit mehreren Einbauten, die abwechselnd von der Bauart 2 und 3 bzw. 2 und 3 A sind, ergeben sich längere Eintauchkanten der Glocken als bei den bekannten Stoffaustauschkolonnen vergleichbarer Abmessungen. Die Querschnittsflächen der Fallkanäle, durch die die Flüssigkeit nach unten fließt, sind ebenfalls größer als bei den bekannten, mit Glocken versehenen Kolonnen. Infolgedessen sind die Berührungsflächen zwischen der Flüssigkeit und den Gasen oder Dämpfen beson-

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ders groß. Weitere Vorteile sind durch das günstige Verhältnis des Querschnitts der Aufsteigräume 19 und 21 zum Gesamtquerschnitt der Kolonne, durch das günstige Verhältnis der Länge des Umfangs der Glocken zum Querschnitt der Aufsteigräume und durch die Verminderung der Höhe der Aufsteigräume und 21 gegeben.

Die Kolonnen bestehen vorzugsweise aus mehreren rohrförmigen Abschnitten, die vertikal gleichachsig übereinandergesetzt werden und die Wand der Kolonne bilden. Der äußere Rand 25 jeder ringförmigen Glocke 22 erstreckt sich dabei zwischen die einzelnen Abschnitte, die in bekannter Weise mit zwischengelegten Dichtungsringen zusammengespannt werden.

Die Kolonnen und ihre Einbauten können aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, beispielsweise aus Metall oder aus Glas, je nachdem, welche Stoffe in ihnen behandelt werden sollen. Teile, die in der vorstehenden Beschreibung als ringförmig oder kreisförmig bezeichnet sind, können auch eine hiervon abweichende Form haben und beispielsweise oval oder vieleckig gestaltet sein.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Stoffaustauschkolonne, bestehend aus zylindrischen Abschnitten, die durch ringförmige Zwischenboden voneinander getrennt sind, auf denen Glockenboden übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenboden (25, 38) zwei aufeinanderstehende Einbauten trägt, von denen der eine (3, 3 A) ein Überlauf rohr (24), ein den oberen Rand desselben umgebendes Ringbecken (23, 23 a), das mit dem als Rohrstutzen ausgebildeten Innenrand (26, 39) des Zwischenboden zur Bildung einer ringförmigen Glocke (22, 22 a) zusammenwirkt, und einen zwischen dem Überlaufrohr (24) und der Kolonnenwand (1) befindlichen ringförmigen Aufsteigraum (21) besitzt, während der andere Einbau (2) ein Ringbecken (6) mit äußerem. Überlaufrand (11) und einen sich von dem Becken nach unten bis zum Zwischenboden (25, 38) erstreckenden Zylinder (7) aufweist, der zwischen sich und der Kolonnenwand einen ringförmigen Überlaufraum (18) frei läßt und einen zylindrischen Aufsteigraum (19) umschließt, der nach oben in eine hochgezogene kreisförmige öffnung (13) des

' Beckens (6) mündet, die von einer Glocke (5) bedeckt ist, welche an ihrer Oberseite einen Überlaufrand (16) trägt, in den das untere Ende des Überlaufrohres (24) des nächsthöheren Einbaues hineinragt.

2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Überlauf rohr (24) des ersten Einbaues (3, 3A) durch die ringförmige Glocke (22, 22 a) dieses Einbaues erstreckt.

3. Kolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Glocke (22 a) und das Überlauf rohr (24) des ersten Einbaues (3A) aus einem Stück bestehen, wobei der innere Rand (36) der Glocke nach unten umgebogen ist und in das Überlaufrohr (24) übergeht.

4. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (7) des zweiten Einbaues (2) nach unten in der Nähe des äußeren Randes der ringförmigen Glocke (22, 22 a) des ersten Einbaues (3, 3A) endet.

5. Kolonne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß oben auf der ringförmigen Glocke (22) des ersten Einbaues (3) ein Überlauf rand (32) vorgesehen ist und daß das untere Ende des Zylinders (7) des zweiten Einbaues (2) in den Flüssigkeitsring eintaucht, der von diesem Überlaufrand gehalten wird.

6. Kolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Ringbeckens (6) des zweiten Einbaues durch einen nach außen gerichteten Flansch (14) des den Aufsteigraum (19) nach oben begrenzenden Rohrstutzens (4) gebildet ist, wobei der äußere Rand dieses Flansches fiüssigkeitsdicht mit dem den ringförmigen Überlaufraum (18) nach innen begrenzenden Zylinder (7) verbunden ist.

7. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Ringbeckens (23) des ersten· Einbaues (3) durch einen nach innen gerichteten Flansch des den Aufsteigraum (21) nach innen begrenzenden Rohrstutzens (29) gebildet wird, wobei der innere Rand dieses Flansches flüssigkeitsdicht mit dem Überlaufrohr (24) verbunden ist.

8. Kolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenboden (25), der die ringförmige Glocke (22) des ersten Einbaues (3) bildet, so weit nach außen reicht, daß er zwischen die Außenwände (1) zweier übereinander angeordneter Abschnitte der Kolonne ragt und zwischen diesen eingespannt ist.

9. Kolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenboden (38) das Ringbecken (23 a) des ersten Einbaues (3A) bildet und zwischen die benachbarten Enden je zweier Abschnitte der Außenwände (1) ragt und zwischen diesen eingespannt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 316 491, 578 565;
USA.-Patentschrift Nr. 2 361 021.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen