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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Stoffaustausch- und Wärmetauschersäulen sowie insbesondere
Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen, die
in solchen Säulen
verwendet werden, und Verfahren zum Verteilen von Flüssigkeit
unter Verwendung von solchen Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen.
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Stand der
Technik
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In
Stoffaustausch- und Wärmetauschersäulen werden
Flüssigkeits-
und Dampfströmungen
miteinander in Kontakt gebracht, um einen Stoffaustausch und/oder
Wärmeaustausch
zwischen der Flüssigkeit
und dem Dampf zu bewirken. Normalerweise werden ein oder mehrere
Betten aus strukturiert oder zufällig
angeordnetem Füllmaterial
verwendet, um einen engen Kontakt zwischen der Flüssigkeit
und dem Dampf zu erleichtern und um dadurch den gewünschten
Stoffaustausch und/oder Wärmeaustausch
zu verbessern. Die Flüssigkeitsströmung strömt normalerweise
durch das Füllmaterialbett nach
unten, während
die Dampfströmung
in entgegen gesetzter Beziehung zur Flüssigkeitsströmung durch
das Füllmaterialbett
nach oben strömt.
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Eine
ungleichmäßige horizontale
Verteilung der Flüssigkeitsströmung, wenn
diese in das Füllmaterialbett eintritt,
ist unerwünscht,
da dadurch das Kontaktgebiet zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf vermindert
und somit der Stoffaustausch und/oder der Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit
und dem Dampf reduziert wird. Um einen korrekten Betrieb der Säule zu gewährleisten,
ist es außerdem
wichtig, dass gewährleistet
wird, dass das Verhältnis
von Flüssigkeit
zu Dampf über
den Querschnitt der Säule
konstant ist. Aus diesem Grunde ist es wichtig, eine gleichmäßige Verteilung
von Flüssigkeit
zu haben, wenn diese in das Füllmaterialbett
eintritt. Verschiedene Typen von Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen
werden bei Versuchen verwendet, die horizontale Verteilung von Flüssigkeit
zu verbessern, wenn diese von einem sich über der Säule befindlichen Gebiet in
das Füllmaterialbett
eintritt. Allgemein liefern diese Verteilungseinrichtungen die Flüssigkeit
an einer Anzahl von beabstandeten Stellen, die normalerweise als "Tropfpunkte" bezeichnet werden,
in das Füllmaterialbett.
Die Dichte der Tropfpunkte ist ein Messwert bezüglich der Anzahl von Tropfpunkten
pro Einheitsgebiet und wird normalerweise verwendet, um die Verteilungsleistung
von Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen
zu messen.
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Ein
bekannter Typ von Flüssigkeitsverteilungseinrichtung
verwendet eine Vielzahl von länglichen,
parallelen Rinnen, um die Flüssigkeit
in Richtung auf das darunter liegende Füllmaterialbett zu verteilen.
Die Flüssigkeit
wird über
einen Zuführbehälter zu
den Rinnen verteilt, der senkrecht zu den parallelen Rinnen verläuft. In
einer Anordnung befindet sich der Zuführbehälter oberhalb der parallelen Rinnen
und liefert die Flüssigkeit
durch eine Vielzahl von Löchern
in dem Boden und/oder in den Seitenwänden des Zuführbehälters zu
den parallelen Rinnen. In einer anderen Anordnung verlaufen die
parallelen Rinnen von den Seiten des Zuführbehälters nach außen, und
Flüssigkeit
strömt
durch Löcher
in der Seitenwand des Zuführbehälters in
die parallelen Rinnen. Bei einem allgemeinen Typ von Verteilungseinrichtung,
wie beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 4,855,089 (Michels) und
in dem U.S.-Patent Nr. 4,816,191 (Berven et al.) offenbart, sind
Spritz-Ablenkbleche von den Seitenwänden der parallelen Rinnen
nach außen
gerichtet beabstandet, um Flüssigkeit
aufzunehmen, die aus den parallelen Rinnen austritt. Die Flüssigkeit
strömt
dann an den Spritz-Ablenkblechen nach unten und tropft entlang einer Tropflinie
in das Füllmaterialbett.
Es ist ebenfalls bekannt, an den Spritz-Ablenkblechen eine Anzahl von horizontal
verlaufenden Rillen vorzusehen. Bei einem weiteren Typ von Verteilungseinrichtung,
die in der
EP 042615
A2 offenbart ist, verlaufen Tropfrohre aus den parallelen
Rinnen nach unten und liefern Flüssigkeit
zu einer mit mehreren Anschlüssen
versehenen Verteilerplatte, wodurch die Anzahl von Tropfpunkten
in das darunter liegende Füllmaterialbett
vervielfacht wird.
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Ein
Problem, das mit den bekannten Typen von Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen
in Beziehung steht, ist die Schwierigkeit, eine gleichmäßige horizontale
Verteilung von Flüssigkeit
bei geringen Flüssigkeitsströmungsraten
zu gewährleisten.
Es gibt daher die Forderung nach einer Flüssigkeitsverteilungseinrichtung,
die dazu ausgestaltet ist, um bei geringen Flüssigkeitsströmungsraten
ein gleichmäßiges Vermischen
und ein gleichmäßiges horizontales Verteilen
von Flüssigkeit
zu verbessern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
speziellen Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Flüssigkeitsverteilungssystem
gerichtet, das einen länglichen
Zuführbehälter und
eine Vielzahl von länglichen
Flüssigkeitsverteilungsrinnen
aufweist, die mit dem Zuführbehälter in
Strömungsverbindung
stehen. Die Rinnen können vorteilhafterweise
voneinander beabstandet sein und liegen bevorzugt paralleler zueinander
in einer gemeinsamen Ebene. In einem Ausführungsbeispiel können die
Rinnen unter dem Zuführbehälter liegen, und
in einem Boden und/oder in einer oder beiden Seitenwänden des
Zuführbehälters sind Öffnungen vorgesehen,
um Flüssigkeit
aus dem Zuführbehälter in
jede der Rinnen zu liefern. In einem anderen Ausführungsbeispiel
können
sich die Rinnen von gegenüber
liegenden Seitenwänden
des Zuführbehälters nach
außen
erstrecken, und Öffnungen
sind in den Seitenwänden
vorgesehen, um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus dem Zuführbehälter in
die Rinnen strömt.
Die Rinnen können
eine quadratische, rechteckige, kreisförmige, ovale oder eine andere
Konfiguration haben, und zwar hinsichtlich des vertikalen Querschnitts.
Jede Rinne kann außerdem Öffnungen aufweisen,
die in einem Boden und/oder in einer oder beiden Seitenwänden der
Rinne angeordnet sind, um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus der Rinne austritt. Eine Ablenkverteilungseinrichtung ist angeordnet,
um die Flüssigkeit
aufzunehmen, die aus jeder Rinne austritt, und um die horizontale
Verteilung der Flüssigkeit
zu verbessern, bevor die Flüssigkeit
in ein darunter liegendes Stoffaustauschbett geleitet wird, wie
zum Beispiel ein Bett mit zufällig,
strukturiert oder gitterförmig
angeordnetem Füllmaterial.
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Die
Ablenkverteilungseinrichtung kann vorzugsweise eine Spritzplatte
aufweisen, die angeordnet ist, um die Strömung von zumindest einem Teil der
Flüssigkeit
aufzunehmen, die aus der zugehörigen
Rinne austritt. Die Spritzplatte kann vertikal verlaufen, oder sie
kann nach unten gerichtet in Richtung auf die zugehörige Rinne
geneigt sein. Die Spritzplatte kann eine Flüssigkeit verteilende Oberfläche haben,
die dazu dient, die nach unten gerichtet strömende Flüssigkeit abzulenken und ein
horizontales Verteilen der Flüssigkeit
zu bewirken, wenn diese an der Flüssigkeit verteilenden Oberfläche nach
unten strömt.
Jede Ablenkverteilungseinrichtung kann einen länglichen Kanal aufweisen, der
unter den Rinnen in einer Position angeordnet ist, um Flüssigkeit von
einer zugehörigen
Flüssigkeit
verteilenden Oberfläche
aufzunehmen. Die Kanäle
sind vorzugsweise koplanar und verlaufen parallel zueinander. Die
Kanäle
können
in paralleler Beziehung zu den darüber liegenden Rinnen verlaufen,
oder sie können
mit einem zuvor ausgewählten
Winkel relativ zu der Längsachse
der Rinnen verlaufen. Die Kanäle
weisen eine Vielzahl von beabstandeten Flüssigkeitsaustrittslöchern auf,
durch die Flüssigkeit
in einer Anzahl von Tropfpunkten, die der Anzahl von Flüssigkeitsaustrittslöchern entspricht,
in Richtung auf das darunter liegende Stoffaustauschbett geleitet
wird. Ein Füllmaterial,
das aus einem porösen,
flüssigkeitsdurchlässigen Material
gebildet ist, ist vorzugsweise in jedem Kanal angeordnet, um die
horizontale Verteilung der Flüssigkeit
in dem Kanal zu verbessern, bevor diese in die Flüssigkeitsverteilungslöcher eintritt.
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Die
Kanäle
haben jeweils einen Überlaufdamm,
vorzugsweise mit einer Sägezahn-Ausgestaltung,
mit Hilfe dessen das kontrollierte Austreten von überlaufender
Flüssigkeit
aus den Kanälen
bewirkt wird. Eine Tropfkante, die eine ähnliche Sägezahn-Ausgestaltung hat, erstreckt
sich von der Rinne nach unten, um Flüssigkeit aufzunehmen, die an
der Außenfläche der
Rinne entlang strömt.
Die Tropfkante ist vorzugsweise in vertikaler Ausrichtung mit dem Kanal
angeordnet, so dass Flüssigkeit
von der Tropfkante herunter tropft und in den Kanal fällt, um
horizontal verteilt zu werden, bevor sie in das darunter liegende
Stoffaustauschbett eintritt. Die beschriebene Flüssigkeitsverteilungseinrichtung
bewirkt eine gute Vermischung von Flüssigkeit sowie eine horizontale
Verteilung der Flüssigkeit
bei geringen Flüssigkeitsströmungsraten
wie auch bei hohen Flüssigkeitsströmungsraten.
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Gemäß einem
sehr wichtigen Aspekt der Erfindung wird durch die Erfindung eine
Strömungsverteilungseinrichtung
für Flüssigkeit
zur Verfügung
gestellt, die in einer in vertikaler Richtung länglichen Prozesssäule, die
einen inneren Raum hat, nach unten strömt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann
die Verteilungseinrichtung eine längliche Flüssigkeitsverteilungsrinne aufweisen,
die ausgestaltet und angeordnet ist, um in einer Prozesssäule in einer Position
montiert zu sein, um sich in dem inneren Raum quer zu der Säule zu erstrecken.
Vorzugsweise kann die Rinne eine Außenwandstruktur haben, durch
die eine längliche,
in Längsrichtung
verlaufende, innere Flüssigkeitsverteilungskammer
gebildet ist, und zumindest ein Austrittsloch erstreckt sich durch
die Wandstruktur an einer Position, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit
seitwärts
nach außen aus
der Rinne austritt. Die Strömungsverteilungseinrichtung
kann außerdem
vorzugsweise eine Ablenkverteilungsstruktur aufweisen, die (1) ein
längliches, sich
nach unten erstreckendes Verteilungsplattenbauteil, das benachbart
zu der Rinne in einer Position angeordnet ist, so dass zumindest
ein Bereich von einer Oberfläche
davon mit der aus dem Loch austretenden Flüssigkeit in Kontakt kommt,
und (2) ein längliches,
Fluid aufnehmendes Element beinhaltet, das an einem unteren Kantenbereich
des Plattenbauteils angebracht ist. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung
kann das Fluid aufnehmende Element einen länglichen Fluidverteilungskanal
aufweisen, der sich in Längsrichtung
des Plattenbauteils erstreckt.
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Gemäß weiterer
Konzepte und Prinzipien der Erfindung kann das längliche, sich nach unten erstreckende
Verteilungsplattenbauteil ausgestaltet und angeordnet sein, um sich
quer zu der Säule
in dem inneren Raum davon in einer Richtung zu erstrecken, die im
wesentlichen parallel relativ zu der länglichen Flüssigkeitsverteilungsrinne verläuft, wenn
die Verteilungseinrichtung in einer Prozesssäule montiert ist. Alternativ
kann das längliche,
sich nach unten erstreckende Verteilungsplattenbauteil ausgestaltet und
angeordnet sein, um sich quer zu der Säule in deren inneren Raum in
einer Richtung zu erstrecken, die mit einem Winkel relativ zu der
länglichen
Flüssigkeitsverteilungsrinne
verläuft,
wenn die Verteilungseinrichtung in einer Säule montiert ist.
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Insbesondere
kann die Außenwandstruktur von
jeder Rinne ein Paar beabstandete, aufrecht stehende Wände mit
unteren Kanten und einen Boden aufweisen, durch den die unteren
Kanten miteinander verbunden sind. Außerdem kann das Austrittsloch
vorzugsweise in einer der aufrecht stehenden Wände angeordnet sein, und die
Rinne kann idealerweise ein zweites Loch aufweisen, das sich in
einer höheren
Höhe als
das Austrittsloch befindet.
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Vorzugsweise
kann der Kanal des aufnehmenden Elements in Querrichtung eine gekrümmte oder
vielleicht sogar kreisförmige
Querschnittskonfiguration haben. Alternativ kann die Querschnittskonfiguration
in Querrichtung eine Form mit mehreren Seiten haben, wie zum Beispiel
quadratisch, rechteckig, dreieckig, etc.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das
Fluid aufnehmende Element eine sich nach oben erstreckende äußere Kante
aufweisen, die relativ zu dem unteren Kantenbereich des Plattenbauteils
an einer gegenüber
liegenden Seite des Kanals angeordnet ist. Außerdem kann das Fluid aufnehmende
Element ein poröses,
flüssigkeitsdurchlässiges Füllmaterial
enthalten, das sich in dem Kanal befindet. Vorzugsweise kann das
Fluid aufnehmende Element auch eine Struktur aufweisen, um das Füllmaterial
in seiner Position zu halten, und der Kanal kann direkt unter der
Rinne und im Wesentlichen entlang der gesamten Länge davon angeordnet sein.
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Vorzugsweise
kann das Fluid aufnehmende Element bezüglich der Länge mit dem länglichen
Verteilungsplattenbauteil im Wesentlichen koextensiv sein, wobei
der Kanal eine offene Oberseite hat, und das Fluid aufnehmende Element
kann zumindest ein Tropfloch in der Wandstruktur an einem unteren
Bereich des Kanals aufweisen.
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Idealerweise
können
das Fluid aufnehmende Element und das längliche Verteilungsplattenbauteil integriert
verbunden und durch Biegen einer Metallplatte gebildet sein. Außerdem kann
die sich nach oben erstreckende äußere Kante
des Fluid aufnehmenden Elements einen Überlaufdamm für den Kanal
aufweisen.
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Gemäß bevorzugter
Aspekte der Erfindung kann das Verteilungsplattenbauteil ein Flüssigkeit verteilendes
Element aufweisen, das sich in einem unteren Gebiet der Oberfläche befindet
und unter dem Bereich davon angeordnet ist, der mit Flüssigkeit
in Kontakt kommt, die aus dem Loch austritt. Vorzugsweise kann das
Flüssigkeit
verteilende Element eine expandiertem Metallplatte aufweisen, die
idealerweise ein vertikal ausgerichtetes Diamantmuster hat.
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Gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung ist eine Strömungsverteilungseinrichtung vorgesehen,
die eine längliche
Flüssigkeitsverteilungsrinne
aufweist, die ausgestaltet und angeordnet ist, um in der Säule in einer
Position montiert zu sein, um sich quer zu der Säule in dem Raum zu erstrecken.
Die Rinne kann vorzugsweise eine Außenwandstruktur aufweisen,
durch die eine längliche,
innere Fluidverteilungskammer gebildet ist, wobei sich zumindest
ein Loch durch die Wand an einer Position erstreckt, um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus der Kammer austritt und entlang einer äußeren Oberfläche der
Rinne nach unten gerichtet strömt.
Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung kann die Strömungsverteilungseinrichtung
außerdem
ein längliches Tropfelement
aufweisen, das durch die Rinne gehalten ist. Das Tropfelement verläuft vorzugsweise
in Längsrichtung
der Rinnenstruktur und von dieser nach unten gerichtet, und das
Tropfelement ist vorzugsweise unter dem Loch in der Rinne angeordnet und
weist eine untere, in Längsrichtung
verlaufende Tropfkante auf.
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Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung weist die Außenwandstruktur der Rinne ein
Paar beabstandete, aufrecht stehende Wände mit unteren Kanten und
einen Boden auf, durch den die unteren Kanten miteinander verbunden
sind. Das Loch in der Rinne kann sich entweder in einer der aufrecht
stehenden Wände
oder in dem Boden befinden. Wenn sich das Loch in einer aufrecht
stehenden Wand befindet, dann ist das Tropfelement vorzugsweise
an der gleichen aufrecht stehenden Wand angebracht. Wenn sich das
Loch alternativ in dem Boden befindet, dann ist das Tropfelement
vorzugsweise an dem Boden angebracht. In einer besonders bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung hat der Boden in Querrichtung eine nach
unten gerichtete, V-förmige
Querschnittskonfiguration, und das längliche Tropfelement ist an einem
Scheitelpunkt der V-förmigen
Konfiguration angebracht.
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In
einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung weist die Strömungsverteilungseinrichtung
eine Rinne, wie sie vorstehend beschrieben wurde, und eine Ablenkverteilungsstruktur
auf, die ein längliches, sich
nach unten erstreckendes Verteilungsplattenbauteil hat, das benachbart
zu der Rinne in einer Position angeordnet ist, so dass zumindest
ein Bereich von einer Oberfläche
davon mit Flüssigkeit
in Kontakt kommt, die aus dem Loch austritt. Gemäß diesem speziellen Aspekt
der Erfindung beinhaltet das Verteilungsplattenbauteil ein Flüssigkeit
verteilendes Element in einem unterem Gebiet der Oberfläche, das
sich unter dem Bereich der Oberfläche befindet, die mit Flüssigkeit
in Kontakt kommt, die aus dem Loch austritt.
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Gemäß der Konzepte
und Prinzipien der Erfindung wird durch die Erfindung eine Strömungsverteilungseinrichtung
für Flüssigkeit
zur Verfügung
gestellt, die in einer in vertikaler Richtung länglichen Prozesssäule, die
einen inneren Raum aufweist, nach unten strömt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung
weist die Strömungsverteilungseinrichtung
eine längliche
Flüssigkeitsverteilungsrinne,
wie sie vorstehend beschrieben wurde, und eine Ablenkverteilungsstruktur
auf, die ein längliches,
sich nach unten erstreckendes Verteilungsplattenbauteil aufweist, das
benachbart zu der Rinne in einer Position angeordnet ist, so dass
zumindest ein Bereich von einer Oberfläche davon mit Flüssigkeit
in Kontakt kommt, die aus dem Loch austritt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung
ist das Verteilungsplattenbauteil idealerweise so angeordnet, um
sich seitlich von der Rinne zu erstrecken.
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Durch
die Erfindung wird außerdem
eine Vorrichtung zum Zuführen
von Flüssigkeit
zur Verfügung gestellt,
die in einem inneren Raum von einer in vertikaler Richtung länglichen
Prozesssäule
zu einer Strömungsverteilungseinrichtung
nach unten strömt. Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung daher eine längliche
Zuführbehälterstruktur
auf, die ausgestaltet und angeordnet ist, um in einer Prozesssäule in einer
Position montiert zu sein, um sich in entlang des inneren Raums
der Säule
zu erstrecken. Die Zuführbehälterstruktur
hat vorzugsweise eine Außenwandanordnung,
durch die eine längliche,
sich in Längsrichtung
erstreckende, innere Fluidverteilungszone gebildet ist. Zumindest ein
Austrittsloch, das sich durch die Wandstruktur erstreckt, ist an
einer Position vorgesehen, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit
aus der Zone austritt und in der Säule nach unten strömt. Gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung außerdem eine
Vorverteilungsrinne auf, die in der Zone angeordnet ist. Diese Vorverteilungsrinne
hat eine Wandanordnung, durch die ein inneres Gebiet definiert ist
und Öffnungen
zur Verfügung
stellt, wodurch ermöglicht
wird, dass Flüssigkeit
aus dem inneren Gebiet und in die Zone strömt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird durch die Erfindung eine Vorrichtung
zur Verfügung
gestellt, um Flüssigkeit
zuzuführen,
die in einem inneren Raum von einer in vertikaler Richtung länglichen
Prozesssäule
zu einer Strömungsverteilungseinrichtung nach
unten strömt.
Gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Vorrichtung eine längliche Zuführbehälterstruktur,
die ausgestaltet und angeordnet ist, um in einer Prozesssäule in einer
Position montiert zu sein, um sich quer zu der Säule in dem inneren Raum davon
zu erstrecken. Die Zuführbehälterstruktur
beinhaltet eine Außenwandanordnung, durch
die eine längliche,
sich in Längsrichtung
erstreckende, innere Fluidverteilungszone definiert ist. Die Vorrichtung
weist außerdem
eine längliche
Flüssigkeitsverteilungsrinne
auf, die eine zylindrische Außenwandstruktur
aufweist, durch die eine längliche, sich
in Längsrichtung
erstreckende, innere Fluidverteilungskammer gebildet ist. Gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung ist die Rinne angeordnet, um sich durch
die Wandanordnung und in die Zone zu erstrecken, wobei die Rinne
eine Öffnung,
die angeordnet ist, um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus der Zone und in die Kammer strömt, und zumindest ein Austrittsloch
aufweist, das sich durch die Wandanordnung an einer Position erstreckt,
um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
daraus austritt und nach unten gerichtet in den inneren Raum strömt. Gemäß dieser speziellen
bevorzugten Aspekte der Erfindung befindet sich die Öffnung idealerweise
in einem unteren Gebiet der Außenwandstruktur,
und selbige ist angeordnet, um allgemein nach unten gerichtet zu
sein, so dass Flüssigkeit
aus der Zone nach oben gerichtet in die Kammer strömt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Seitenansicht von einer Stoffaustauschsäule, wobei
Bereiche des Gehäuses
der Säule
entfernt sind, um ein Stoffaustauschbett sowie ein Ausführungsbeispiel
von einer Flüssigkeitsverteilungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung zu zeigen, die in einem offenen inneren Gebiet
der Säule
angeordnet ist;
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2 ist
eine perspektivische Draufsicht von der in 1 gezeigten
Flüssigkeitsverteilungseinrichtung,
wobei ein Bereich von einem gezeigten Zuführbehälter entfernt ist, um Flüssigkeitsaustrittslöcher zu
zeigen, die in einem Boden des Zuführbehälters angeordnet sind;
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3 ist
eine Seitenansicht von einem Teilbereich von einer Rinne und einer
Ablenkverteilungseinrichtung der Flüssigkeitsverteilungseinrichtung entlang
Linie 3-3 aus 2;
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4 ist
eine Endansicht von der Rinne und der Ablenkverteilungseinrichtung
aus 3 in einem vertikalen Querschnitt;
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5 ist
eine Endansicht eines anderen Ausführungsbeispiels von einer Rinne
und einer Ablenkverteilungseinrichtung in einem vertikalen Querschnitt;
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6 ist
eine teilweise seitliche Draufsicht der Rinne und der Ablenkverteilungseinrichtung
entlang Linie 6-6 aus 5;
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7 ist
eine Draufsicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsverteilungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung, wobei die Ablenkverteilungseinrichtungen
schematisch gezeigt sind;
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8 ist
eine perspektivische teilweise Draufsicht von der in 7 gezeigten
Flüssigkeitsverteilungseinrichtung,
wobei Bereiche entfernt sind, um Details der Konstruktion zu zeigen;
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9 ist
eine Draufsicht von noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsverteilungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung; und
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10 ist
eine perspektivische teilweise Draufsicht von einem Zuführbehälter und
von Rinnen der in 9 gezeigten Flüssigkeitsverteilungseinrichtung,
wobei Bereiche entfernt sind, um konstruktive Details zu zeigen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Es
wird nun in größerem Detail
auf die Zeichnungen und zuerst auf 1 Bezug
genommen, in der eine Stoffaustausch- oder Wärmetauschersäule allgemein
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und ein aufrecht
stehendes zylindrisches Gehäuse 12 aufweist,
durch das ein offenes inneres Gebiet 14 definiert ist,
in dem sich ein oder mehrere Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen 16 der
vorliegenden Erfindung sowie ein oder mehrere Stoffaustauschbetten 18 befinden.
Die Flüssigkeitsverteilungseinrichtung 16 wird
verwendet, um eine gleichmäßigere horizontale
Verteilung von einer oder mehreren nach unten strömenden Flüssigkeitsströmungen zu
verbessern, wenn sie in das obere Ende des darunter liegenden Stoffaustauschbetts 18 eintreten.
Das Stoffaustauschbett weist einen oder mehrere Typen von Stoffaustauschvorrichtungen
auf, einschließlich jene,
aber nicht darauf beschränkt,
die allgemein als Stoffaustauschvorrichtungen mit strukturiert,
gitterförmig
oder zufällig
angeordnetem Füllmaterial
bekannt sind.
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Die
Säule 10 ist
von einem Typ, der verwendet wird, um Flüssigkeits- und Dampfströmungen zu verarbeiten,
um unter anderem Fraktionierungsprodukte zu erhalten. Obwohl Säule 10 in
einer zylindrischen Konfiguration gezeigt ist, können andere Formen, einschließlich polygonale
Formen, verwendet werden. Die Säule 10 hat
einen geeigneten Durchmesser sowie eine geeignete Höhe und ist
aus einem geeignet festen Material hergestellt, das vorzugsweise
gegenüber
den Fluiden und Zuständen,
die in der Säule 10 vorherrschen,
reaktionsträge
oder auf sonstige Weise kompatibel ist.
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Flüssigkeitsströmungen 20 werden über Zuführleitungen 22 und 23,
die sich an geeigneten Positionen entlang der Höhe der Säule 10 befinden, in die
Säule 10 geleitet.
Die Zuführleitung 22 führt normalerweise
lediglich Flüssigkeit, und
die Zuführleitung 23 kann
Flüssigkeit,
Dampf und eine Mischungen aus Flüssigkeit
und Dampf führen.
Obwohl zur Vereinfachung der Darstellung in den Zeichnungen lediglich
zwei Flüssigkeitszuführleitungen 22 und 23 gezeigt
sind, ist es für
den Fachmann offensichtlich, dass zusätzliche Flüssigkeitszuführleitungen
verwendet werden können,
falls gewünscht.
Auf ähnliche
Weise ist lediglich eine Dampfzuführleitung 24 dargestellt,
die eine Dampfströmung 26 führt, aber zusätzliche
Dampfzuführleitungen
können,
falls erforderlich oder gewünscht,
für die
Verarbeitung von Dampf und Flüssigkeit
vorgesehen sein, die in der Säule 10 stattfindet.
Es ist außerdem
offensichtlich, dass die Dampfströmung 26 in der Säule 10 erzeugt werden
kann, statt durch die Zuführleitung 24 in
die Säule 10 eingeleitet
zu werden. Die Säule 10 enthält außerdem eine Überkopfleitung 28,
um Dampfprodukte oder Nebenprodukte 30 aus der Säule 10 zu entfernen.
Eine untere Strömungsauslassleitung 32 ist
vorgesehen, um ein Flüssigkeitsprodukt
oder Nebenprodukt 33 aus der Säule 10 zu entfernen.
Andere Säulenkomponenten,
wie zum Beispiel Rückflussströmungsleitungen,
Nachverdampfer, Kondensatoren, Dampfhörner (vapor horn) und ähnliches
können vorhanden
sein, sind aber nicht dargestellt, da deren Vorhandensein offensichtlich
ist und angenommen wird, dass sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
nicht erforderlich sind.
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Es
wird nun außerdem
auf 2–4 Bezug
genommen, in denen eine Flüssigkeitsverteilungseinrichtung 16 in
einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen länglichen
zentralen Zuführbehälter 34 aufweist,
der Flüssigkeit
von einer nach unten strömenden
Flüssigkeitsströmung aufnimmt,
wie zum Beispiel die Flüssigkeitsströmung 20,
die durch die Flüssigkeitszuführleitung 22 in
das offene innere Gebiet der Säule 10 geliefert
wird. Es ist offensichtlich, dass der Zuführbehälter 34 keine Flüssigkeit
direkt von dem Auslass der Flüssigkeitszuführleitung 22 empfangen
muss, stattdessen kann die Flüssigkeit
zunächst
ein oder mehrere Verarbeitungsschritte durchlaufen und dann durch
eine Sammeleinrichtung (nicht gezeigt) aufgefangen werden, um dem
Zuführbehälter 34 zugeführt zu werden.
Der Zuführbehälter 34 verläuft horizontal
in einer ersten Richtung und hat eine Länge, die dem Durchmesser der
Säule 10 oder zumindest
einem wesentlichen Teil davon entspricht. Der Zuführbehälter 34 ist
vorzugsweise entlang des Durchmessers der Säule angeordnet, es soll aber verstanden
werden, dass mehr als ein Zuführbehälter 34 verwendet
werden kann, die dann an zuvor ausgewählten Positionen angeordnet
sind.
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Der
Zuführbehälter 34 weist
ein Paar voneinander beabstandete Seitenwände 36 und 38 auf,
die an ihren unteren Kanten durch einen Boden 40 und an
ihren Enden durch Endwände 42 und 44 verbunden
sind. Eine optionale Abdeckung (nicht gezeigt) kann die oberen Kanten
der Seitenwände 36 und 38 miteinander
verbinden, um zu verhindern, dass Flüssigkeit über die Seitenwände 36 und 38 herausspritzt,
wie zum Beispiel dann, wenn die Säule 10 schwankenden
Bewegungen bei Off-Shore-Anwendungen ausgesetzt ist. Wenn die Abdeckung
verwendet wird, dann ist eine geeignete Öffnung in der Abdeckung vorgesehen,
um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
in den Zuführbehälter 34 eingeleitet
werden kann.
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Mit
Hilfe des Zuführbehälters 34 wird
Flüssigkeit
in eine Vielzahl von länglichen
Rinnen 46 geleitet, die sich vorzugsweise im wesentlichen
parallel zueinander in eine Richtung erstrecken, die mit einem Winkel,
vorzugsweise senkrecht, relativ zur Ausrichtung des Zuführbehälters 34 verläuft. Die
Rinnen 46 können
vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, entlang des gesamten
Querschnitts der Säule 10 verlaufen,
und die Anzahl an Rinnen 46 ist ausgewählt, um die gewünschte Tropfpunktdichte
in dem darunter liegenden Stoffaustauschbett 18 zu bewirken.
Die Rinnen 46 sind in einer Weise konstruiert, die ähnlich dem
Zuführbehälter 34 ist,
und weisen voneinander beabstandete Seitenwände 48 und 50 auf,
die in einem Ausführungsbeispiel
durch einen Boden 52 sowie durch Endwände 54 und 56 miteinander
verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zuführbehälter 34 über den
Rinnen 46 angeordnet, und Flüssigkeit strömt durch Öffnungen 58 in
dem Boden 40 des Zuführbehälters 34 nach
unten in die Rinnen 46. In den Seitenwänden 36 und 38 des
Zuführbehälters 34 können Öffnungen vorgesehen
sein, um einen zusätzlichen
oder alternativen Pfad für
Flüssigkeit
zur Verfügung
zu stellen, damit die Flüssigkeit
den Zuführbehälter 34 verlassen
und in die Rinnen 46 strömen kann.
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Statt
einer Anordnung des Zuführbehälters 34 in übergeordneter
Beziehung zu den Rinnen 46, können die Rinnen 46 und
der Zuführbehälter 34 in koplanarer
Beziehung mit den Rinnen 46 angeordnet sein, die sich außerhalb
der Seitenwände 36 und 38 des
Zuführbehälters 34 erstrecken.
In dieser koplanaren Anordnung sind Öffnungen in den Seitenwänden 36 und 38 des
Zuführbehälters 34 vorgesehen, um
zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus dem Zuführbehälter 34 in
die Rinnen 46 strömt.
Es ist offensichtlich, dass andere Verfahren zum Zuführen von
Flüssigkeit
in die Rinnen 46 verwendet werden können, die in den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung fallen.
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Eine
Vielzahl von ersten Öffnungen 60 sind in
zumindest einer der Seitenwände 48 oder 50 von jeder
Rinne 46 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit
aus der Rinne 46 austritt. Die ersten Öffnungen 60 sind an
einer zuvor ausgewählten
Höhe über dem
Boden 52 der Rinne 46 angeordnet, und selbige
sind mit einem zuvor ausgewählten
Abstand entlang der Länge
der Rinne 46 voneinander beabstandet. Die ersten Öffnungen 60 können irgendeine gewünschte Form
haben, wie zum Beispiel kreisförmig,
dreieckig oder in vertikaler Richtung länglich. Die Anzahl und Größe der Öffnungen 60 kann
ausgewählt
werden, um die erwartete Strömungsrate
der Flüssigkeit
durch die Strömungsverteilungseinrichtung 16 aufzunehmen.
Eine Reihe von zweiten Öffnungen 62 ist
in der Seitenwand 48 oder 50 angeordnet, in der
auch die ersten Öffnungen 60 vorgesehen sind.
Die zweiten Öffnungen 62 befinden
sich nahe der Oberseite der Seitenwände 48 oder 50 und
haben ein gesamtes Öffnungsgebiet,
das größer ist
als das Öffnungsgebiet
der darunter liegenden ersten Öffnungen 60.
Die zweiten Öffnungen 62 ermöglichen
ein kontrolliertes Austreten von Flüssigkeit aus der Rinne 46 in
dem Fall, dass die Flüssigkeitsströmungsrate
die Strömungsrate übersteigt,
die durch die ersten Öffnungen 60 strömen kann.
Für die
zweiten Öffnungen
wird normalerweise eine dreieckige Form verwendet, aber stattdessen
können
auch andere Konfigurationen verwendet werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat jede Rinne 46 eine Ablenkverteilungseinrichtung 64,
die sich entlang einer oder beider Seitenwände 48 oder 50 der
Rinne 46 erstreckt und nach außen gerichtet von der oder
den Seitenwänden
beabstandet ist. Die Ablenkverteilungseinrichtung 64 beinhaltet
eine Spritzplatte 66, die angeordnet ist, um eine Flüssigkeits strömung aus
den ersten Öffnungen 60 in
der Rinne 46 aufzunehmen, und einen Kanal 68,
der unter der Spritzplatte 66 angeordnet ist, um die Flüssigkeitsströmung aufzunehmen,
nachdem sie auf die Spritzplatte 66 aufgetroffen ist. Die
Spritzplatte 66 ist hinsichtlich der Länge vorzugsweise koextensiv
mit der längsgerichteten
Länge der
Rinne 46 und hat vorzugsweise eine vertikale Höhe, die
ausreichend ist, um die Flüssigkeitsströmung aus
den zweiten Öffnungen 62 aufzunehmen.
Die Spritzplatte 66 erstreckt sich außerdem über eine geeignete Distanz nach
unten, um den angebrachten Kanal 68 mit einer zuvor ausgewählten Distanz
unter dem Boden 52 der Rinne 46 anzuordnen. Die
Spritzplatte 66 kann relativ zu der benachbarten Seitenwand 48 oder 50 der
Rinne 46 parallel verlaufen, oder sie kann nach unten gerichtet
in Richtung auf die Seitenwand 48 oder 50 geneigt
sein.
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Ein
oder mehrere Träger 70 werden
verwendet, um die Ablenkverteilungseinrichtung 64 an der Seitenwand 48 oder 50 der
Rinne 46 zu montieren. Vorzugsweise werden zumindest zwei
beabstandete Träger 70 verwendet,
um die Ablenkverteilungseinrichtung 64 zu montieren, und
diese sind konstruiert, um eine vertikale Einstellung und Nivellierung
der Ablenkverteilungseinrichtung 64 zu ermöglichen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Träger 70 durch
Auftrennen der Spritzplatte 66 entlang zweier beabstandeter
Liniensegmente ausgebildet, die sich von der oberen Kante der Spritzplatte 66 nach
unten erstrecken. Der Bereich der Spritzplatte 66, der
durch die aufgetrennten Liniensegmente umrandet ist, wird dann aus
der Ebene der Spritzplatte 66 herausgebogen und dann erneut
gebogen, um ein Befestigungssegment 72 zu bilden, das parallel
zu der Ebene der Spritzplatte 66 verläuft. Ein in vertikaler Richtung
läng liches
Loch 74 wird dann in dem Befestigungssegment 72 ausgebildet,
und ein ausgerichtetes Loch 76 wird in der benachbarten
Seitenwand 48 oder 50 der Rinne 46 gebildet.
Eine Mutter/Schraube-Anordnung 78 erstreckt sich durch
die ausgerichteten Löcher 74 und 76,
um die Spritzplatte 66 an der Rinne 46 zu befestigen,
wobei es das in vertikaler Richtung längliche Loch 74 ermöglicht,
die Ablenkverteilungseinrichtung 64 einzustellen und zu nivellieren.
Andere Verfahren der Anbringung der Spritzplatte 66 an
der Rinne 46 können
verwendet werden und fallen in den Schutzbereich der Erfindung.
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Die
Spritzplatte 66 hat eine Flüssigkeit verteilende Oberfläche 80,
die der Rinne 46 zugewandt ist und die Flüssigkeitsströmung von
dieser aufnimmt. Die Flüssigkeit
verteilende Oberfläche 80 kann
mit der Spritzplatte 66 integriert gebildet sein, oder
sie kann separat ausgebildet und anschließend an der Spritzplatte 66 angebracht
sein. Die Flüssigkeit
verteilende Oberfläche 80 dient
dazu, das horizontale Verteilen der Flüssigkeit zu verbessern, wenn
diese entlang der Spritzplatte 66 nach unten strömt. Es ist offensichtlich,
dass diese Funktion auf verschiedene Weise durchgeführt werden
kann. Wie zum Beispiel am besten in 3 zu sehen
ist, kann die Flüssigkeit verteilende
Oberfläche 80 eine
separate Platte aus expandiertem Metall sein, die ein in vertikaler
Richtung ausgerichtetes Diamantmuster aufweist, das dazu dient,
die nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung zu
unterbrechen und sie in eine seitliche Richtung umzulenken. Andere
Beispiele beinhalten Nuten, Vorsprünge und ähnliches, die in der Spritzplatte 66 ausgebildet
sind und ebenfalls ein seitliches Verteilen der Flüssigkeit
bewirken. Die spezielle Konstruktion der Flüssigkeit verteilenden Oberfläche 80 kann
viele verschiedene Formen haben, die alle in den Schutzbereich der
vorliegenden Erfindung fallen.
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Der
Kanal 68, der Flüssigkeit
von der Spritzplatte 66 aufnimmt, ist horizontal ausgerichtet
und verläuft
vorzugsweise parallel und koextensiv relativ zu der Länge der
zugehörigen
Rinne 46. Der Kanal 68 ist vorzugsweise durch
Biegen eines unteren Bereichs der Spritzplatte 66 in eine
in Querrichtung teilweise kreisförmige
oder zumindest gekrümmte
Querschnittskonfiguration geformt. Der Kanal 68 ist nach oben
hin offen und ermöglicht
das Eintreten von Flüssigkeit
aus der darüber
liegenden Rinne 46, und selbiger hat eine Vielzahl von
beabstandeten Austrittslöchern 82 in
dem Boden, um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus dem Kanal 68 nach unten an einer Vielzahl von beabstandeten
Positionen oder Tropfpunkten in das darunter liegende Stoffaustauschbett 18 strömt. Die
Austrittslöcher 82 sind
vorzugsweise durch Ausstanzen in der Richtung von der oberen Fläche zu der
unteren Fläche
des Kanals 68 gebildet, so dass sich der hochstehende Umfang,
der die ausgestanzten Löcher 82 umgibt,
und zwar als Ergebnis des Stanzvorgangs, an der Unterseite des Kanals 68 befindet,
wo er das Eintreten von Flüssigkeit
in das Loch 82 nicht behindert. Die Größe und Anzahl der Austrittslöcher 82 ist
ausgewählt,
um die gewünschte Flüssigkeitsströmung und
Tropfpunktdichte in dem darunter liegenden Stoffaustauschbett 18 zu
erreichen. Auf ähnliche
Weise ist die Größe des Kanals 68 ausgewählt, um
die gewünschte
Flüssigkeitsströmungsrate
aufzunehmen. Obwohl der Kanal 68 mit einer im Wesentlichen
kreisförmigen
oder gekrümmten
Form dargestellt ist, können
stattdessen auch andere Konfigurationen verwendet werden. Der Kanal 68 muss nicht
integriert mit der Spritzplatte 66 gebildet sein, sondern
kann als ein separates Teil gebildet werden und durch Schweißen oder
andere Maßnahmen
an der Spritzplatte 66 und/oder der Rinne 46 befestigt
werden. Vorzugsweise sind die Enden des Kanals 68 durch
Endwände 83 geschlossen.
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Der
Kanal 68 enthält
Füllmaterial 84,
das aus einem porösen
und flüssigkeitsdurchlässigen Material
gebildet ist, wodurch die horizontale Verteilung der Flüssigkeit
in dem Kanal 68 verbessert wird, insbesondere bei niedrigen
Flüssigkeitsströmungsraten. Das
Füllmaterial 84 kann
aus verschiedenen Materialien mit zuvor ausgewählter Porosität und Flüssigkeitsdurchlässigkeit
gebildet sein. Beispielsweise können
gewebte Materialien, wie zum Beispiel gerollte Draht-Gaze, Dichtungsgewebe,
gerolltes kreuzgewebtes Dichtungsband oder Kombinationen daraus, für das Füllmaterial 84 verwendet
werden. Andere Materialien, einschließlich nicht-gewebte Materialien, können verwendet
werden, vorausgesetzt, dass sie mit der Flüssigkeit kompatibel sind und
die erforderliche Porosität
und Flüssigkeitsdurchlässigkeit
haben. Bei Anwendungen mit geringen Flüssigkeitsströmungsraten
kann das Füllmaterial 84 vorzugsweise Docht-artige
Charakteristiken haben, so dass die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung
in horizontaler Richtung verteilt werden kann.
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Das
Füllmaterial 84 ist
durch eine Reihe von Halteträgern 86 in
dem Kanal 68 gehalten, die an dem Kanal 68 festgeschweißt oder
auf andere Weise befestigt sind. Die Halteträger 86 bewirken vorzugsweise
eine nach unten gerichtete Kraft auf das Füllmaterial 84, um
zu bewirken, dass es zu der Konfiguration des Kanals 68 konform
bleibt, um die Menge an Flüssigkeit
zu reduzieren, die in der Lage wäre, entlang
der oberen Fläche
des Kanals zu strömen
und in die Austrittslöcher 82 einzutreten,
ohne zunächst
in das Füllmaterial 84 einzutreten.
Die Spritzplatte 66 ist vorzugsweise mit dem Kanal 68 in
einer Weise ausgerichtet, um zu bewirken, dass Flüssigkeit
von einer oberen Kante der Flüssigkeit
verteilenden Oberfläche 80 auf
das Füllmaterial 84 tropft,
um die horizontale Ausbreitung der Flüssigkeit vor dem Eintreten
in die Austrittslöcher
zu verbessern.
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Wie
am besten in 3 zu sehen ist, weist der Kanal 68 einen Überlaufdamm 88 auf,
der der Spritzplatte 66 gegenüber liegt. Der Damm 88 hat vorzugsweise
ein sägezahnförmiges Profil,
um in horizontaler Richtung die gleichmäßige Verteilung der überlaufenden
Flüssigkeit über den
Damm 88 bei hohen Flüssigkeitsströmungsraten
zu erleichtern, die die Strömungskapazität der Austrittslöcher 82 übersteigt.
Eine sägezahnförmige Tropfkante 90 verläuft nach
unten gerichtet von der Seitenwand 48 oder 50 der
Rinne 46 nach unten, um die horizontale Verteilung der
Flüssigkeit
zu erleichtern, die an der Außenseite
der Seitenwand 48 oder 50 nach unten strömt, nachdem
sie durch die ersten Öffnungen 60,
wie zum Beispiel bei geringen Flüssigkeitsströmungsraten, und
bei höheren
Flüssigkeitsströmungsraten
durch die zweiten Öffnungen
ausgetreten ist. Vorzugsweise ist die Tropfkante 90 vertikal
mit dem Kanal 68 ausgerichtet, so dass die Flüssigkeit
für eine
weitere horizontale Verteilung von der Tropfkante 90 in
den Kanal 68 tropft, bevor sie in das darunter liegende
Stoffaustauschbett 18 tropft. In dem Fall, dass Flüssigkeit durch
die zweiten Öffnungen 62 in
den Rinnen 46 überläuft, ist
ein Teil der Flüssigkeit
in der Lage, die Flüssigkeit
verteilende Oberfläche 80 zu
umgehen, indem sie durch die Aussparung in der Spritzplatte 66 an
der Stelle der Träger 70 strömt und dann
an der Außenfläche der
Spritzplatte 66 nach unten strömt.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 sind zwei parallele Balken 92 an
gegenüber
liegenden Seiten des Zuführbehälters 34 gleichmäßig beabstandet
und durch Verschweißen
oder andere Maßnahmen
an den oberen Kanten der Rinnen 46 befestigt. Die Balken 92 dienen
dazu, die Rinnen 46 abstützend zu halten und auszurichten.
Vertikal einstellbare Halteklammern 94 sind an den Enden
der Balken 92 und des Zuführbehälters 34 angeordnet,
um zu ermöglichen,
dass die Flüssigkeitsverteilungseinrichtung 16 von
einem Haltering (nicht gezeigt) oder einer anderen Struktur herabhängt, die
an dem Säulengehäuse 12 montiert
ist. Die Balken 92 und die Halteklammern 94 sind
in 1 nicht gezeigt, um die Konstruktion der Flüssigkeitsverteilungseinrichtung 16 besser
darzustellen. Andere Verfahren zum abstützenden Halten der Flüssigkeitsverteilungseinrichtung 16,
wie zum Beispiel Gitterabstützungen,
die an dem darunter liegenden Stoffaustauschbett 18 angeordnet
sind, können
stattdessen verwendet werden.
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Es
kann gesehen werden, dass die Ablenkverteilungseinrichtungen 64 funktionieren,
um eine gleichmäßigere horizontale
Verteilung der Flüssigkeit in
das darunter liegende Stoffaustauschbett 18 zu erzeugen.
Flüssigkeit,
die in den Zuführbehälter 34 von einer
darüber
liegenden Zone eintritt, wird einer anfänglichen Mischung und horizontalen
Verteilung unterzogen, wenn sie in dem Zuführbehälter 34 aufgenommen
wird. Flüssigkeit,
die durch die Öffnungen 58 in
dem Boden 40 des Zuführbehälters 34 nach
unten abläuft,
tritt in die darunter liegenden Rinnen 46 ein. Wenn sich
die Flüssigkeit
in den Rinnen 46 ansammelt, dann erfährt sie ein weiteres Durchmischen und
wird horizontal in einer Richtung mit einem Winkel von 90° oder mit
einem anderen zuvor ausgewählten
Winkel bezüglich
der horizontalen Verteilung verteilt, die durch den Zuführbehälter 34 bewirkt
wird. Flüssigkeit,
die aus den ersten Öffnungen 60 in
den Rinnen 46 austritt, tritt in die Kanäle 68 der
Ablenkverteilungseinrichtungen 64 ein, indem sie entweder zuerst
entlang der Tropfkante 90 herunter tropft, durch den Abstand
zwischen der Spritzplatte 66 und der Rinne 46 direkt
in die Kanäle 68 herabströmt oder an
der Flüssigkeit
verteilenden Oberfläche 80 der Spritzplatte 66 nach
unten strömt.
Sowohl die Tropfkante 90 als auch die Flüssigkeit
verteilende Oberfläche 80 verbessern
die horizontale Verteilung der Flüssigkeit, bevor diese in die
Kanäle 68 eintritt. Wenn
die Flüssigkeit
in die Kanäle 68 eintritt,
dann bewirkt das Füllmaterial 84 eine
weitere horizontale Verteilung der Flüssigkeit, bevor sie durch die
Austrittslöcher 82 in
dem Boden der Kanäle 68 austritt. Wenn
sich Flüssigkeit
in den Kanälen 68 ansammelt, dann
erfährt
sie eine weitere Durchmischung und horizontale Verteilung, bevor
sie austritt. Die Austrittslöcher 82 bewirken
zahlreiche Tropfpunkte für
die gut durchmischte und gut verteilte Flüssigkeit, um in das darunter
liegende Stoffaustauschbett 18 einzutreten, wodurch der
Stoffaustausch- und/oder Wärmetauschervorgang
verbessert werden, der in dem Stoffaustauschbett stattfindet. Obwohl
die Ablenkverteilungseinrichtungen 64 eine besondere Fähigkeit
bei Anwendungen haben, bei denen eine geringe Flüssigkeitsströmungsrate
vorhanden ist, können
sie auch bei hohen Flüssigkeitsströmungsraten
wie auch bei zwischenliegenden Raten verwendet werden. Bei höheren Flüssigkeitsströmungsraten
ist die Flüssigkeit
in der Lage, durch die zweiten Öffnungen 62 aus den
Rinnen 46 auszutreten und nach unten gerichtet entlang
der gleichen Pfade zu strömen
wie Flüssigkeit,
die durch die ersten Öffnungen 60 austritt.
Die Flüssigkeit,
die durch die zweiten Öffnungen 62 austritt,
kann die Kanäle 68 auch
umgehen, indem sie durch die Aussparungen in den Spritzplatten 66 an den
Positionen der Träger 70 geleitet
wird. Sollte die Flüssigkeit über die
Kanäle 68 treten,
dann erleichtern die Überlauf
dämme 88 ein
gleichmäßigeres Austreten
von Flüssigkeit
in das Stoffaustauschbett 18. Die Positionierung der Ablenkverteilungseinrichtung 64 relativ
zu der zugehörigen
Rinne 46 und die Verwendung der Tropfkante 90 behindern
den Dampfeintritt in den Raum zwischen der Spritzplatte 66 und
der Rinne 46, wo er ein unerwünschtes Mitreißen der
Flüssigkeit
in der Dampfströmung
bewirken könnte.
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Abwandlungen
der Rinnen 46 und der Ablenkverteilungseinrichtungen sind
möglich
und liegen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise
hat eine Rinne 146 in den in 5–6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
Seitenwände 148 und 150,
Endwände 154 und 156 sowie
einen zur Mitte hin schräg
verlaufenden, allgemein V-förmigen
Boden 152 statt des flachen Bodens, der unter Bezugnahme
auf die Rinnen 46 dargestellt ist. Eine Vielzahl von ersten Öffnungen 160 ist
in einer zuvor ausgewählten
Höhe in
dem abgeschrägten
Boden 152 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit
aus der Rinne 146 austritt, nachdem sie sich bis zu einem
zuvor ausgewählten Pegel
in der Rinne 146 angesammelt hat. Diese Rinnenkonstruktion
ermöglicht
es, dass Feststoffe und andere Schmutzteilchen, die sich in der
Flüssigkeit befinden
können,
in der Mulde ansammeln können, die
durch den schräg verlaufenden
Boden 152 gebildet wird, ohne die ersten Öffnungen 160 zu
verstopfen.
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Eine
Ablenkverteilungseinrichtung 164, die ähnlich derjenigen ist, die
zuvor erläutert
wurde, wird zusammen mit den Rinnen 146 verwendet. Die
Ablenkverteilungseinrichtung 164 weist eine Spritzplatte 166 auf,
die an ihrem unteren Ende mit einem Kanal 168 verbunden
und an ihrem oberen Ende an einer der Seitenwände 148 oder 150 mit
Hilfe einer Mutter/Schraube-Anordnung 78 montiert ist.
Eine Flüssigkeit
verteilende Oberfläche 180 ist
an der Spritzplatte 166 vorgesehen, um Flüssigkeit
aufzunehmen und horizontal zu verteilen, die durch die ersten Öffnungen 160 aus
den Rinnen 146 austritt. Die Spritzplatte 166 leitet
Flüssigkeit
zu einem Füllmaterial 184 in
den Kanal 168, das dazu dient, die horizontale Verteilung
von Flüssigkeit
in der vorstehend beschriebenen Weise zu verbessern. Austrittslöcher 182 sind
an dem unteren Punkt in dem Kanal 168 vorgesehen, um zu
ermöglichen,
dass Flüssigkeit
aus dem Kanal an zuvor ausgewählten
Tropfpunkten austritt und in das darunter liegende Stoffaustauschbett 18 herabtropft.
Der Kanal 168 weist vorzugsweise Endwände 183 auf, die die
Ansammlung von Flüssigkeit
in dem Kanal 168 verbessern, um das Vermischen und die horizontale
Verteilung der Flüssigkeit
zu verbessern, bevor diese durch die Austrittslöcher 182 austritt.
Die Ablenkverteilungseinrichtungen 164 sind ebenfalls mit
Halteträger 186 und Überlaufdämme 188 in
Ausgestaltungen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, versehen.
Auch ist eine sägezahnförmige Tropfkante 190 an
der unteren Fläche
des Bodens 152 der Rinne 146 an einer Stelle montiert,
um Flüssigkeit
zu empfangen, die an der Unterseite des Bodens 152 entlang
läuft,
um diese entweder zu der Flüssigkeit verteilenden
Oberfläche 180 oder
in das Füllmaterial 184 zu
verteilen. Die Funktion der Ablenkverteilungseinrichtung 164 ist
aus der vorhergehenden Beschreibung hinsichtlich der Ablenkverteilungseinrichtung 64 leicht
verständlich.
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Es
wird nun auf 7 und 8 Bezug
genommen, wobei eine Vorverteilungsrinne 200 in dem vorstehend
beschriebenen Zuführbehälter 34 vorgesehen
ist. Die Vorverteilungsrinne 200 weist eine Vielzahl von
Schlitzen 31 auf, die in deren Seitenwänden 33 und 35 ausgebildet
sind, um die Flüssigkeit
zu beruhigen und deren horizontale Verteilung zu verbessern, wenn
diese in den Zuführbehälter 34 strömt. Der
Zuführbehälter 34 liefert
wiederum Flüssigkeit
in die Rinnen 46 und die Ablenkverteilungseinrichtungen 64,
die schematisch dargestellt sind.
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7 und 8 zeigen
ebenfalls eine alternative Ausgestaltung der Ablenkverteilungseinrichtungen 64 in
Relation zu den Rinnen 46. Statt sich parallel zu den Rinnen 46 zu
erstrecken, wie dies in den vorstehend beschriebenen Anordnungen
der Fall war, erstrecken sich die Ablenkverteilungseinrichtungen 64 in
Schrägrichtung,
vorzugsweise senkrecht, entlang zwei oder mehrerer Rinnen 46,
um eine horizontale Verteilung von Flüssigkeit in der Querrichtung
zu erleichtern, wodurch ein Vermischen der Flüssigkeit aus zwei oder mehr
Rinnen 46 ermöglicht
wird, bevor diese in Richtung auf das darunter liegende Stoffaustauschbett 18 verteilt
wird. Außerdem,
indem sich die Ablenkverteilungseinrichtungen mit einem Winkel relativ
zu den Rinnen 46 erstrecken, kann die Anzahl der Ablenkverteilungseinrichtungen 64 größer oder
kleiner sein als die Anzahl der Rinnen 46. In der in 7 und 8 dargestellten Anordnung
sind ersten Öffnungen 60 in dem
Boden 52 der Rinnen 46 vorgesehen, und die Tropfkanten 90 sind
von den Ablenkverteilungseinrichtungen 64 an der gegenüberliegenden
Seite der ersten Öffnungen 60 beabstandet.
Auch hier kann sich die Spritzplatte 66 von jeder Ablenkverteilungseinrichtung 64 vertikal
oder mit einem Winkel relativ zur Vertikalen erstrecken.
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Noch
eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung ist in 9 und 10 dargestellt,
in denen eine Flüssigkeitsverteilungseinrichtung 216 zylindrische
Rinnen 246 aufweist, die sich in horizontaler Richtung
durch die Seitenwände 236 und 238 des Zuführbehälters 234 erstrecken.
Jede zylindrische Rinne 246 ist an ihren Enden durch Kappen 254 und 256 geschlossen
und hat eine untere Aussparung 251 in jenem Bereich der
Rinne 246, der sich in den Zuführbehälter 234 befindet.
Die Aussparung 251 ermöglicht
es, dass Flüssigkeit
in den Zuführbehälter 234 in
die zylindrische Rinne 246 eintritt und dann durch eine
Vielzahl von in Längsrichtung
beabstandeten ersten Öffnungen 260,
die sich in dem Boden der zylindrischen Rinne 246 außerhalb
des Zuführbehälters 234 befinden,
aus der zylindrischen Rinne 246 austritt. Auf diese Weise
wird Flüssigkeit,
die durch die ersten Öffnungen 260 aus
den zylindrischen Rinnen 246 austritt, in horizontaler
Richtung gleichmäßiger über dem
darunter liegenden Stoffaustauschbett 18 verteilt. Falls
gewünscht,
können sich
Ablenkverteilungseinrichtungen 64 des vorstehend beschriebenen
Typs in Querrichtung entlang von zwei oder mehr zylindrischen Rinnen 246 erstrecken,
um eine horizontale Durchmischung und Verteilung der Flüssigkeit
weiter zu verbessern.
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Aus
den vorstehenden Betrachtungen kann gesehen werden, dass diese Erfindung
in guter Weise ausgestaltet ist, um alle vorstehend erläuterten Aufgaben
zu lösen,
und weitere Vorteile hat, die der beschriebenen und offenbarten
Struktur innewohnen.
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Es
soll verstanden werden, dass bestimmte Merkmale und Unterkombinationen
offensichtlich sind und separat und ohne Bezugnahme auf andere Merkmale
und Unterkombinationen verwendet werden können. All dies liegt im Schutzbereich
der Ansprüche.
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Da
viele mögliche
Ausgestaltungen hinsichtlich der Erfindung erfolgen können, die
hier offenbart ist, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen,
soll verstanden werden, dass alle Merkmale, die hier erläutert und
in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, lediglich der Darstellung
dienen und nicht als Einschränkungen
zu interpretieren sind.
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Strömungsverteilungseinrichtung
(16) für Flüssigkeit,
die in einer in vertikaler Richtung länglichen Prozesssäule (10),
die einen inneren Raum (14) aufweist, nach unten strömt. Die
Verteilungseinrichtung (16) beinhaltet eine längliche
Flüssigkeitsverteilungsrinne
(46), die ausgestaltet und angeordnet ist, um in einer
Prozesssäule
(10) in einer Position montiert zu sein, um sich in dem
inneren Raum (14) davon zu erstrecken. Die Rinne (46)
hat Außenwände (48, 50, 52),
durch die eine längliche,
in Längsrichtung
verlaufende, innere Fluidverteilungskammer gebildet ist, und weist
Austrittslöcher
(60) auf, die sich durch die Wände (48 oder 50)
an Positionen erstrecken, die ein Austreten von Flüssigkeit
seitwärts
nach außen
aus der Rinne (46) ermöglichen.
Die Verteilungseinrichtung (16) kann außerdem eine Ablenkverteilungsstruktur
(64) aufweisen, die ein längliches, sich nach unten erstreckendes
Verteilungsplattenbauteil (66) aufweist, das benachbart
zu der Rinne (46) in einer solchen Position angeordnet
ist, so dass zumindest ein Bereich von einer Oberfläche davon mit
Flüssigkeit
in Kontakt kommt, die aus den Löchern
(60) austritt. Die Verteilungseinrichtung (16) beinhaltet
außerdem
ein längliches,
Flüssigkeit
aufnehmendes Element (68), das an einem unteren Kantenbereich
des Plattenbauteils (66) angebracht ist, um einen länglichen
Fluidverteilungskanal zu bilden, der sich in Längsrichtung des Plattenbauteils (66)
erstreckt.