DE1113680B

DE1113680B - Device for the distribution of fluids in non-stationary filling columns

Info

Publication number: DE1113680B
Application number: DEH38209A
Authority: DE
Inventors: Ernst Schwanitz
Original assignee: HYDROCARBON MINERALOEL GmbH
Current assignee: HYDROCARBON MINERALOEL GmbH
Priority date: 1959-12-22
Filing date: 1959-12-22
Publication date: 1961-09-14

Description

Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung in nicht ortsfesten Füllkörperkolonnen Vorrichtungen zur Flüssigkeitsverteilung für Stoffaustauschapparate mit Füllkörperschüttungen, wobei flüssige, dampf- oder gasförmige Medien die Füllkörperschüttung durchströmen, sind in vielen Ausbildungsformen und für die verschiedensten Zwecke allgemein bekannt. Eines der üblichsten Verfahren arbeitet nach dem bekannten Gegenstromprinzip, bei welchem z. B. innerhalb einer stehenden Kolonne ein flüssiges Medium von oben nach unten, dagegen ein dampf- oder gasförmiges Medium im Gegenstrom von unten nach oben geleitet wird. Sowohl das Erstals auch das Zweitmedium beaufschlagen dabei eine oder mehrere im Innern der Kolonne angeordnete Füllkörpersäulen. Während es verhältnismäßig einfach ist, ein dampf- oder gasförmiges Medium innerhalb der Einrichtung günstig zu verteilen, ist es um so schwieriger, die in allen Fällen benötigte Flüssigkeit innerhalb der Füllkörperschüttung zweckentsprechend aufzuteilen, um eine gute Benetzung derselben zu erreichen. Sind in einem Apparat mehrere mit Zwischenraum übereinander angeordnete Füllkörperschüttungen vorgesehen, so wird zunächst oben die Flüssigkeit gesammelt und dann auf die obere Füllkörpersäule verteilt. Der Abfluß aus dieser ersten Stufe bildet dann den Zufluß der zweiten Stufe, wobei wiederum ein Flüssigkeitssammler entsprechend eingeschaltet werden kann.Device for liquid distribution in non-stationary packed columns Devices for liquid distribution for mass transfer devices with random packings, whereby liquid, vapor or gaseous media flow through the packing bed, are well known in many forms of training and for the most varied of purposes. One of the most common processes works according to the well-known countercurrent principle which z. B. a liquid medium from above within a standing column below, on the other hand a vapor or gaseous medium in countercurrent from bottom to top is directed. Both the first and the second medium act on one or several packed columns arranged inside the column. While it is proportionate is simple, a vapor or gaseous medium within the device is favorable It is all the more difficult to distribute the liquid required in all cases to be appropriately divided within the packing to ensure good wetting to achieve the same. There are several in one apparatus with space one above the other arranged packing beds are provided, the liquid is first at the top collected and then distributed to the upper packed column. The drain from this The first stage then forms the inflow of the second stage, again with a liquid collector can be switched on accordingly.

Es sind verschiedene Ausbildungen für die Verteilung von Flüssigkeiten bekannt. Material und Art der Füllkörper müssen dem gedachten Verwendungszweck entsprechen. Vielfach werden die bewährten Raschigringe verwendet. There are different designs for the distribution of liquids known. The material and type of packing must correspond to the intended use. The tried and tested Raschig rings are often used.

Für die verschiedenen der Einrichtung zugedachten Zwecke kommt es bekanntlich sehr darauf an, den Betrieb möglichst ohne Leistungseinbuße und mit bestem Wirkungsgrad zu führen. Wenn dies auch bei feststehenden, senkrechten Apparaten mehr oder weniger möglich ist, so verschlechtern sich die Verhältnisse dann sofort, wenn z. B. die Kolonnen aus irgendwelchen Gründen in eine Schräglage geraten. It comes for the various purposes intended for the facility as is well known, very much on the operation as possible without loss of performance and with to lead with the best possible efficiency. Even if this is the case with fixed, vertical devices is more or less possible, the situation will worsen immediately, if z. B. the columns for some reason get in a lean position.

Es sind Fälle bekannt, bei welchen der Neigungswinkel der Kolonne verhältnismäßig groß wird, ganz gleich, ob die Schräglage stetig oder zeitweise erfolgt.There are known cases in which the inclination angle of the column becomes relatively large, regardless of whether the inclination is constant or intermittent he follows.

Bei zeitweiser Schräglage der Kolonne muß auch berücksichtigt werden, daß zudem die Richtung der Schräglage unbestimmt ist. Ferner ist damit zu rechnern, daß die Richtung infolge Schwankungen sich dauernd ändern kann.If the column is inclined at times, it must also be taken into account that, in addition, the direction of the inclination is indefinite. It is also to be expected that that the direction can change continuously as a result of fluctuations.

In derartigen Fällen sind die bislang bekannten Einrichtungen unzulänglich, da die Flüssigkeit auch bei Schräglage der Kolonne in der Hauptsache senkrecht nach unten strömt. Dadurch werden die Füll- körper einseitig beaufschlagt, und die Benetzung läßt sehr zu wünschen übrig. Je nach dem Neigungswinkel der Kolonne oder des Behälters steigert sich dieser Umstand unter Umständen derart, daß das Erst- und Zweitmedium in mehr oder weniger parallelen Strömen die Füllkörpersäule ohne nennenswerte Berührung miteinander durchwandern. Es liegt auf der Hand, daß dabei Leistung und Wirkungsgrad der Einrichtung beträchtlich abnehmen. Es ergeben sich somit nicht nur untragbare Betriebszustände, sondern die Anlage als solche wird gegebenenfalls betriebsunfähig. In such cases, the previously known facilities are inadequate, since the liquid is mainly vertical, even if the column is inclined flows below. This will cause the filling body acted on one side, and the wetting leaves a lot to be desired. Depending on the angle of inclination of the column or the container this fact increases under certain circumstances to such an extent that the first and second medium in more or less parallel flows the packed column without significant contact wander through together. It goes without saying that doing power and efficiency decrease considerably in the facility. This not only results in unacceptable ones Operating states, but the system as such may become inoperable.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden. Dies wird bei Einrichtungen zur Flüssigkeitsverteilung in nicht ortsfesten Füllkörperkolonnen, wobei flüssige, dampf- oder gasförmige Medien die Füllkörpersäule durchströmen, erfindungsgemäß zunächst dadurch erreicht, daß ausgehend von einem oder mehreren Flüssigkeitssammlern eine Anzahl Flüssigkeitsleitelemente derart verlegt sind, daß sie bei stetiger oder zeitweiser Schräglage der Kolonne die Füllkörpersäule beschicken, wobei die Endstrecken der Leitelemente auf der der Flüssigkeitsentnahme mehr oder weniger gegenüberliegenden Seite enden Die Zeichnung veranschaulicht schematisch einige Anwendungsbeispiele der Erdindung. Sie zeigt in Abb. 1 einen Längsschnitt durch einen mittleren Teil einer Kolonne in senkrechter Lage, in Abb. 2 einen Querschnitt a-a durch Abb. 1, in Abb. 3 einen Querschnitt b-b durch Abb. 1, in Abb. 4 den in Abb. 1 gezeigten Teil in einer bestimmten Schräglage, in Abb. 5 eine von der Abb. 1 etwas abweichende Ausbildungsform, in Abb. 6 einen Querschnitt c-c durch Abb. 5, in Abb. 7 eine weitere, von den Abb. 1 und 5 abweichende Lösung und in Abb. 8 den in Abb. 7 gezeigten Teil in einer bestimmten Schräglage. The object of the invention is therefore to avoid these disadvantages. This is the case with devices for liquid distribution in non-stationary packed columns, whereby liquid, vapor or gaseous media flow through the packed column, first achieved according to the invention that starting from one or more Liquid collectors a number of liquid guide elements are laid in such a way that they feed the packed column when the column is continuously or temporarily inclined, wherein the end sections of the guide elements on that of the liquid withdrawal more or less opposite side ends The drawing illustrates schematically some application examples of the earth connection. It shows a longitudinal section in Fig. 1 through a middle part of a column in a vertical position, in Fig. 2 a cross section a-a through Fig. 1, in Fig. 3 a cross-section b-b through Fig. 1, in Fig. 4 the part shown in Fig. 1 in a certain inclined position, in Fig. 5 one of Fig. 1 a slightly different embodiment, in Fig. 6 a cross-section c-c through Fig. 5, in Fig. 7 another solution that differs from Figs. 1 and 5 and in Fig. 8 the part shown in Fig. 7 in a certain inclined position.

In Abb. 1 ist die Wandung der Kolonne mit 1 bezeichnet. An Stelle einer Kolonne kann auch eine beliebige andere Apparatur gewählt werden. Bei 2 wird die Flüssigkeit und bei 3 das Zweitmedium, z. B. dampf- oder gasförmig, dem Turm zugeleitet. 4 ist der obere Flüssigkeitssammler, welcher gleichzeitig als Verteiler benutzt wird. Der Flüssigkeitssammler ist so bemessen, daß zwischen ihm und der Wandung der Kolonne ein freier Raum 5 verbleibt. Unter dem Flüssigkeitssammler 4 ist mit einem Zwischenraum 6 eine Füllkörperschüttung 7 angeordnet. Anschließend an die Füllkörperschüttung 7, die sich auf einen gelochten Blecheinsatz 8 aufsetzt, folgt ein weiterer Flüssigkeitssammler 9. Diesem folgt wiederum ein Zwischenraum 10 und anschließend eine weitere Füllkörperschüttung 11. Auch der Flüssigkeitssammler 9 dient als Verteiler. Der Flüssigkeitssammler 4 nimmt die Flüssigkeit bis zu einer bestimmten Höhe, z. B. bis zur Oberfläche 12, auf. Ein innerer hohler Einsatz 13 erstreckt sich vom Boden des Sammlers 4 aus über die Oberfläche 12 hinaus und ist mit Öffnungen 14 versehen. Der Einsatz 13 weist außerdem V-förmig gezackte Überlauföffnungen 15 auf. Im Gegensatz zum Sammler 4 ist der Sammler 9 derart ausgebildet, daß er sich über den ganzen Querschnitt des Kolonnendurchmessers erstreckt und einen mittleren Hohlraum 16 frei läßt. Auch dieser Sammler weist eine Flüssigkeitsoberfläche auf, die mit 17 bezeichnet ist. In Fig. 1, the wall of the column is denoted by 1. Instead of Any other apparatus can also be selected for a column. At 2 will the liquid and at 3 the second medium, e.g. B. vapor or gas, the tower forwarded. 4 is the upper liquid collector, which doubles as a distributor is used. The liquid collector is dimensioned so that between him and the Wall of the column a free space 5 remains. Under the liquid receiver 4 a packing 7 is arranged with an intermediate space 6. Afterward to the packing 7, which sits on a perforated sheet metal insert 8, another liquid collector 9 follows. This in turn is followed by an intermediate space 10 and then another packing bed 11. Also the liquid collector 9 serves as a distributor. The liquid collector 4 takes the liquid up to one certain height, e.g. B. up to surface 12 on. An inner hollow insert 13 extends from the bottom of the collector 4 beyond the surface 12 and is provided with openings 14. The insert 13 also has V-shaped serrated overflow openings 15 on. In contrast to the collector 4, the collector 9 is designed such that it extends over the entire cross-section of the column diameter and has a central one Leaves cavity 16 free. This collector also has a liquid surface, which is designated by 17.

Außerdem sind im Hohlraum 16 ebenfalls Öffnungen 28 vorgesehen.In addition, openings 28 are also provided in the cavity 16.

Sowohl der Sammler 4 als auch der Sammler 9 ist mit Rohren 18 bzw. 19 versehen, welche von den Sammlerböden ausgehen und innerhalb der Zwischenräume 6 bzw. 10 in Bogenform zunächst so verlaufen, daß ein mittlerer Querschnittsraum 20 bzw. 21 frei bleibt. Diese als Leitelemente dienenden Rohre sind jeweils mit einer Endstrecke 22 bzw. 23 versehen. Both the collector 4 and the collector 9 are provided with pipes 18 or 19 provided, which extend from the collector bottoms and within the spaces 6 or 10 initially run in an arc shape so that a central cross-sectional space 20 or 21 remains free. These pipes, which serve as guide elements, are each with an end section 22 and 23, respectively.

Diese Endstrecken weisen eine Anzahl Durchtrittsöffnungen 24 bzw. 25 auf. Der Verlauf der Rohre 18 bzw. 19 ist so vorgesehen, daß ihre Endstrecken 22 bzw. 23 jeweils auf der der Flüssigkeitsentnahme gegenüberliegenden Seite enden, wobei gleichzeitig die Endstrecken 22 bzw.23 in die Füllkörperschüttung 7 bzw. 11 eintauchen. Jedes der Rohre 18 bzw. 19 weist eine Verlängerung oder einen Einsatz 26 bzw. 27 auf, welcher die Flüssigkeitsoberfläche 12 bzw. 17 überragt, daß bei senkrechter Lage der Apparatur keine Flüssigkeit in die Rohre eindringen kann.These end sections have a number of passage openings 24 or 25 on. The course of the tubes 18 and 19 is provided so that their end lengths 22 or 23 each end on the side opposite the liquid withdrawal, at the same time the end sections 22 and 23 respectively in the packing 7 and 11 immerse. Each of the tubes 18 and 19 has an extension or an insert 26 and 27, which protrudes beyond the liquid surface 12 and 17 that at In the vertical position of the apparatus, no liquid can penetrate the pipes.

Der Hohlraum 16 des Sammlers 9 weist im mittleren Deckenbereich eine Anzahl kurzer Rohre 29 auf, die in die anschließende Füllkörpersäule 7 hineinragen. The cavity 16 of the collector 9 has a central ceiling area Number of short tubes 29 which protrude into the adjoining packed column 7.

Schließlich sind im unteren Bereich der Kolonne, in dem die Füllkörpersäule 11 tragenden Boden 30, eine Anzahl Rohre 31 angeordnet, die nur kurz gehalten sind und in die Füllkörpersäule 11 einmünden. Der Boden 30 weist außerdem noch einige Rohre 32 auf, welche sich in den Bereich des nicht gezeigten Flüssigkeitssumpfes erstrecken. Die Sammler 4 und 9 sind mit Trennwänden 33 bzw. 34 versehen, die als Über- laufwehr dienen und oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche enden.Finally, in the lower part of the column, in which the packed column 11 supporting floor 30, a number of tubes 31 arranged, which are only held briefly and open into the packed column 11. The bottom 30 also has some Pipes 32, which are located in the area of the liquid sump, not shown extend. The collectors 4 and 9 are provided with partitions 33 and 34, respectively, as Above- Weir and end above the surface of the liquid.

In dem beschriebenen Fall ergibt sich bei senkrecht stehender Kolonne folgende Betriebsweise: Die bei 2 eingeführte Flüssigkeit wird in den Sammler 4 geleitet. Der Sammler wird bis zur Oberfläche 12 angefüllt. Die Flüssigkeit strömt durch die Öffnungen 14 nach unten auf die Füllkörperschüttung 7, wo sie sich verteilt. Die Rohre 18 erhalten keine Flüssigkeit. Aus der Füllkörpersäule 7 läuft die Flüssigkeit durch den gelochten Blecheinsatz 8 in den Sammler 9 und bildet dort eine Oberfläche 17. Durch die Öffnungen 28 strömt die Flüssigkeit wiederum nach unten, und zwar in die zweite Füllkörperschüttung mit der Bezeichnung 11. Aus diesem Sammler erhalten die Rohre 19 ebenfalls keine Flüssigkeit. Aus der Füllkörperschüttung 11 läuft die Flüssigkeit durch die Rohre 32 in den Sumpf der Kolonne und tritt unten aus. In the case described, this results in a vertical column following operating mode: The liquid introduced at 2 is fed into the collector 4 directed. The collector is filled to the surface 12. The liquid flows through the openings 14 down to the packing bed 7, where it is distributed. The tubes 18 do not receive any liquid. The liquid runs out of the packed column 7 through the perforated sheet metal insert 8 into the collector 9 and forms a surface there 17. The liquid flows through the openings 28 again downwards, namely in the second packing bed with the designation 11. Obtained from this collector the tubes 19 also have no liquid. From the packing bed 11 runs the Liquid through tubes 32 into the bottom of the column and exits below.

Das im Gegenstrom geleitete dampf- oder gasförmige Zweitmedium wird bei 3 zugeführt und strömt über die Rohre 31 in die Füllkörpersäule 11. Das Medium durchströmt die Füllkörpersäule in Richtung eines abgehenden mittleren Querschnitts und wird durch die Rohre 29 in die Füllkörpersäule 7 geleitet. Nach Durchströmen dieser Füllkörpersäule strömt das Zweitmedium über einen verbreiterten Querschnitt in den freien Raum 5 und von dort nach oben, wo es dann austritt. The vapor or gaseous secondary medium, which is conducted in countercurrent, becomes at 3 and flows through the tubes 31 into the packed column 11. The medium flows through the packed column in the direction of an outgoing central cross section and is passed through the tubes 29 into the packed column 7. After flowing through This packed column, the second medium flows over a widened cross-section into the free space 5 and from there upwards, where it then exits.

Stellt sich nun bei nicht ortsfesten Kolonnen während des Betriebs eine Schräglage, z. B. gemäß Abb. 4, ein, so bleibt die Flüssigkeitsverteilung durch die Öffnungen 14 und 28 so weit bestehen, als die Flüssigkeitsoberflächen 12 und 17 die Öffnungen nicht freigeben. Da nun bei der Schräglage die Flüssigkeit aus dem mittleren Bereich des Querschnitts hauptsächlich nach einer Seite abläuft, werden durch die einseitige Füllung der Sammler die Rohre 26 und 27 teils unter Flüssigkeit gesetzt. Auf diese Weise wird ein Teil der Flüssigkeit auf denjenigen Querschnitt der Füllkörpersäule geleitet, auf welchem Flüssigkeitsmangel herrscht oder gar keine Flüssigkeit anfällt. Mit zunehmendem Neigungswinkel nimmt auch die Beschickung der in diesem Bereich angeordneten Leitelemente mit Flüssigkeit zu. This now occurs with columns that are not stationary during operation an incline, e.g. B. in accordance with Fig. 4, the liquid distribution remains through the openings 14 and 28 exist as far as the liquid surfaces 12 and 17 do not reveal the openings. Since the liquid is now in the inclined position the middle area of the cross-section runs mainly to one side Due to the one-sided filling of the collector, the tubes 26 and 27 partly under liquid set. In this way, some of the liquid is on that cross-section the packed column passed on which lack of fluid prevails or none at all Liquid accumulates. As the angle of inclination increases, so does the loading of the In this area arranged guide elements with liquid to.

In Abb. 5 ist der obere Flüssigkeitssammler 35 ohne mittleren Einsatz ausgebildet. In der Mitte desselben sind Öffnungen 36 vorgesehen, durch welche die Flüssigkeit auf die Füllkörpersäule 37 läuft. Die Rohre 38 ragen weniger, dagegen die Rohre 39 mehr über die Flüssigkeitsoberfläche 40 hinaus und sind, ähnlich, wie in Abb. 2 gezeigt, unter Freilassung eines mittleren Querschnittsbereichs angeordnet, doch ergibt sich dabei die Möglichkeit, sowohl im Boden des Sammlers als auch in der Füllkörpersäule eine beliebige Verteilung der Rohre über den Querschnitt vorzunehmen. In Fig. 5, the upper liquid collector 35 is without a central insert educated. In the middle of the same openings 36 are provided through which the Liquid runs onto the packed column 37. The tubes 38 protrude less, however the tubes 39 more over the liquid surface 40 and are, similar to how shown in Fig. 2, arranged leaving a central cross-sectional area, but there is the possibility, both in the bottom of the collector and in the packed column to make any distribution of the tubes over the cross-section.

In Abb. 7 ist der obere Flüssigkeitssammler 41 wiederum mit Öffnungen 42 versehen. Die aus den Rohren 43 bestehenden Leitelemente ragen in die in diesem Fall nahe an den Sammler herangeschobene Füllkörperschüttung 44 hinein. Im Gegensatz zu den Ausbildungen 1 und 5 sind die Rohre nicht im Zwischenraum, sondern im Flüssigkeitssammler selbst untergebracht. Sie verlaufen jeweils von der Auslaßstelle 45 schräg durch die Flüssigkeit und durch die Flüssigkeitsoberfläche 48 und enden in einem gewissen Abstand von letzterer bei 46. Hierbei ist es nicht notwendig, die Rohre für das Verbleiben einer mittleren Querschnittsfläche auszubiegen. Die Rohrstrecken über der Flüssigkeitsoberfläche sind mit Öffnungen 47 versehen. In Fig. 7 the upper liquid collector 41 is again with openings 42 provided. The guide elements consisting of the tubes 43 protrude into this If the packing 44 is pushed in close to the collector. In contrast for the embodiments 1 and 5, the pipes are not in the space, but in the liquid receiver even housed. They each run through at an angle from the outlet point 45 the liquid and through the liquid surface 48 and end in a certain amount Distance from the latter at 46. It is not necessary to cut the pipes for the Remaining a middle one Bend cross-sectional area. The pipe runs Openings 47 are provided above the liquid surface.

Stellt sich nun die Kolonne, wie in Abb. 8 angedeutet, schräg, so hebt sich ein Teil der Rohre weiter aus der Flüssigkeit heraus, während ein anderer Teil tiefer eintaucht. Es tritt demnach auch hierbei wiederum der Zustand ein, daß die Flüssigkeit zum Teil auf die gegenüberliegende Seite geleitet wird. Bei der vorgesehenen Anordnung der Öffnungen 47 kann die gewollte Verteilung der Flüssigkeit schon beginnen, sobald sich die Kolonne schräg stellt. Dabei nimmt mit dem Neigungswinkel der freie Eintrittsquerschnitt der Entnahme zu. Erforderlichenfalls kann auch eine Überlaufstelle, ähnlich der Abb. 1, angeordnet werden. If the column is now inclined, as indicated in Fig. 8, so one part of the tubes lifts further out of the liquid, while another part Part dives deeper. In this case, too, the state occurs again that some of the liquid is directed to the opposite side. In the provided arrangement of the openings 47 can be the desired distribution of the liquid begin as soon as the column is inclined. It increases with the angle of inclination the free inlet cross-section of the extraction. If necessary, a Overflow point, similar to Fig. 1, can be arranged.

Es steht auch nichts im Wege, dem ersten Sammler. ähnlich der Abb. 1, einen weiteren Sammler folgen zu lassen. Dabei können die Verteilerrohre innerhalb des zweiten Sammlers so verlaufen wie im ersten, jedoch mit Ausbiegungen, wie in Abb. 2 gezeigt.Nothing stands in the way of the first collector. similar to Fig. 1, to be followed by another collector. The distribution pipes can be inside of the second collector run as in the first, but with bends, as in Fig. 2 shown.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for liquid distribution in non stationary packed columns, whereby liquid, vapor or gaseous media the Flow through packed column, characterized in that between the liquid collectors (4, 9, 35, 41) and the packing columns (7, 11, 37, 44) liquid guide elements (18, 19, 38, 39, 43) are arranged, the end sections (26, 27, 47) of the guide elements end on the side opposite the liquid withdrawal.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the end sections (26, 27, 47) of the liquid guide elements with the column in a vertical position, the liquid surface protrude beyond the liquid collector.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the lower End sections of the guide elements protrude into the packing bed.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the guide elements have openings (47) at the upper ends for the passage of the liquid.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the guide elements have openings (24) for the passage of the liquid at the lower ends.