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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein chemische Prozesskolonnen, in denen Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen Fluidströmen erfolgen, und insbesondere Kontaktböden, die in solchen Kolonnen verwendet werden, um Kontakt zwischen in der Kolonne fließenden Fluidströmen zu ermöglichen, und Verfahren zum Kontaktieren der Fluidströme mittels der Kontaktböden.
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Kontaktböden werden in Massetransport- und Wärmeaustauschkolonnen zur Ermöglichung von Kontakt zwischen Fluidströmen benutzt, die in Gegenstrombeziehung in der Kolonne fließen. Die Fluidströme sind typischerweise ein aufsteigender Dampfstrom und ein absteigender Flüssigkeitsstrom, und in diesem Fall werden die Kontaktböden gewöhnlich als Dampf-Flüssigkeit-Kontaktböden bezeichnet. In einigen Anwendungen sind beide Fluidströme Flüssigkeitsströme, und die Kontaktböden werden gewöhnlich als Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kontaktböden bezeichnet. In noch anderen Anwendungen ist der aufsteigende Fluidstrom ein Gasstrom und der absteigende Fluidstrom ein Flüssigkeitsstrom, und in diesem Fall werden die Kontaktböden als Gas-Flüssigkeit-Kontaktböden bezeichnet.
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Die Kontaktböden haben jeweils ein ebenes Bodendeck, auf und über dem es zu einer Interaktion zwischen dem aufsteigenden Fluidstrom und dem absteigenden Fluidstrom kommt, mehrere Öffnungen, die eine Aufwärtspassage des aufsteigenden Fluidstroms durch das Bodendeck und in den absteigenden Fluidstrom zulassen, um einen Schaum oder ein Gemisch zu erzeugen, in dem der gewünschte Massetransport und/oder Wärmeaustausch erfolgt, und wenigstens eine Fallleitung, die den absteigenden Fluidstrom vom zugehörigen Bodendeck zu einem Bodendeck auf einem darunterliegenden Kontaktboden leitet. Die Kontaktböden sind in der Kolonne in einer vertikal beabstandeten Beziehung angeordnet, wobei jedes der Bodendecks horizontal verläuft, um den gesamten Innenquerschnitt der Kolonne auszufüllen.
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Eine Art von Dampf-Flüssigkeit-Kontaktboden, der für Anwendungen mit hoher Fluidströmungskapazität und hoher Effizienz entwickelt wurde, arbeitet mit mehreren zylindrischen Dosen auf dem Bodendeck, um das Vermischen der Dampf- und Flüssigkeitsströme zu ermöglichen. Die zylindrischen Dosen erstrecken sich vom Bodendeck nach oben und umgeben im Bodendeck ausgebildete Dampföffnungen. In jeder zylindrischen Dose angeordnete Drallgeber versetzen den in der zylindrischen Dose aufsteigenden Dampf in eine Wirbelbewegung. Eine Fallleitung leitet Flüssigkeit von einem darüberliegenden Boden in die Mitte jeder zylindrischen Dose, wo sie von dem wirbelnden Dampf aufgenommen wird, um eine starke Dampf-Flüssigkeit-Wechselwirkung zu bewirken, die zu einer hohen Trenneffizienz und nachfolgendem Abscheiden der Flüssigkeitsphase von der Dampfphase führt.
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Die durch den wirbelnden Dampf in der zylindrischen Dose auf die Flüssigkeit übertragene Fliehkraft kann zur Folge haben, dass die Flüssigkeit gegen die Innenwandfläche der zylindrischen Dose spritzt und an ihr hochsteigt. Öffnungen in der Innenwandfläche lassen die Flüssigkeit durch die Innenwandfläche passieren und dann auf das Bodendeck absinken. Die Flüssigkeit wandert entlang dem Bodendeck und tritt in eine Öffnung im Bodendeck ein, die einen Einlass in eine Fallleitung bildet, die die Flüssigkeit in eine zylindrische Dose auf einem darunterliegenden Kontaktboden leitet. Der wirbelnde Dampf verlässt die zylindrische Dose durch eine offene Oberseite der Dose und steigt dann in und durch eine Öffnung auf die von einer zylindrischen Dose im Bodendeck eines darüberliegenden Kontaktbodens umgeben ist. Auf diese Weise steigt von Dose zu Dose in aufeinander folgenden Kontaktböden der Dampfstrom auf und der Flüssigkeitsstrom ab.
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Bei Massetransport- und Wärmeaustauschkolonnen leidet die Effizienz der Dampf-Flüssigkeit- oder Flüssigkeit-Flüssigkeit-Interaktion erheblich, wenn die Fluidströme nicht gleichmäßig über den Innenquerschnitt der Kolonne verteilt sind. Eine solche Fehlverteilung kann entstehen, wenn die Kontaktböden nicht horizontal ausgerichtet sind, wodurch der Flüssigkeitsstrom zur tiefen Seite der Böden und der Dampfstrom zur hohen Seite der Böden kanalisiert wird. Infolge dieser Kanalisierung wird das gewünschte Vermischen der Flüssigkeits- und Dampfströme nicht erzielt und die Effizienz der Interaktion leidet. Dieses Problem kann von einer fehlerhaften Installation der Kontaktböden herrühren, wenn Kolonnen an Land unter schweren Windlasten schwanken oder wenn Offshore-Kolonnen auf schwimmenden Plattformen, Kähnen oder Schiffen angeordnet sind und aufgrund von Wind- und Wellentätigkeit Schaukelbewegungen ausgesetzt sind.
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Es besteht somit ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren zur Verringerung von Fehlverteilung und Kanalisierung von Fluidströmen, die entstehen können, wenn Kolonnen Schaukel- oder Schwankbewegungen ausgesetzt sind oder wenn die in den Kolonnen angeordneten Kontaktböden auf andere Weise aus ihrer horizontalen Orientierung gekippt werden, z. B. wegen einer fehlerhaften Installation.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen Kontaktboden zur Verwendung in einer Kolonne zur Ermöglichung von Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen Fluidströmen, die in Gegenstrombeziehung in der Kolonne fließen. Die Kolonne kann sich an Land oder auch auf See befinden, wie z. B. auf einer schwimmenden Plattform, einem Kahn oder einem Schiff. Der Kontaktboden umfasst ein allgemein ebenes Bodendeck, eine Vielzahl von Dosen, die auf dem Bodendeck angeordnet sind und sich von diesem nach oben erstrecken, sowie Dampföffnungen, die in dem Bodendeck innerhalb der Wände der Dosen angeordnet sind, um eine Aufwärtspassage eines Dampfstroms durch das Bodendeck und in das innere Volumen der Dose zu ermöglichen. Jeder Kontaktboden weist auch eine Vielzahl von sich nach unten erstreckenden Fallleitungen auf, die sich in die Dosen auf dem darunterliegenden Kontaktboden erstrecken. Jede Fallleitung umfasst eine obere Einlassöffnung, die im Bodendeck ausgebildet ist, so dass ein Teil des Flüssigkeitsstroms auf dem Bodendeck in die Fallleitung eintreten und darin absteigen kann. Jede Fallleitung hat auch einen unteren Auslass, der innerhalb der Dose auf dem darunterliegenden Kontaktboden angeordnet ist, um den Teil des Flüssigkeitsstroms von dem darüberliegenden Boden in die Dose zum Vermischen mit dem Dampfstrom in der Dose zu führen. Am unteren Auslass der Fallleitung kann ein Flüssigkeitsverteiler angeordnet werden, um die Flüssigkeit dem Dampfstrom gleichmäßiger zuzuführen, während die Flüssigkeit eine vertikal fehlausgerichtete Fallleitung verlässt.
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Die Dosen werden durch Wände mit einer zylindrischen, polygonalen oder sonstigen gewünschten Form gebildet und weisen Austragöffnungen auf, damit der Teil des Flüssigkeitsstroms innerhalb der Dose diese nach der Wechselwirkung mit dem Dampfstrom innerhalb der Dose verlassen kann. Die Dose ist am oberen Ende offen, damit der Dampfstrom die Dose nach der Interaktion mit dem Flüssigkeitsstrom in der Dose verlassen kann.
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Jeder Kontaktboden umfasst Trennwände, die sich vom Bodendeck nach oben erstrecken und zwischen den Dosen und den Fallleitungseinlässen in dem Bodendeck angeordnet sind. Die Trennwände sind auf dem Bodendeck so angeordnet, dass sie Gruppen von einer oder mehreren Dosen und einem oder mehreren Fallleitungseinlässen bilden, wobei die ein oder mehreren Dosen in jeder Gruppe in Flüssigkeitsflussverbindung mit den ein oder mehreren Fallleitungseinlässen in dieser Gruppe stehen. Die Trennwände trennen auch jede Gruppe von einer oder mehreren Dosen und einem oder mehreren Fallleitungseinlässen von den Dosen und den Fallleitungseinlässen in den anderen Gruppen, um eine Flüssigkeitsflussverbindung zwischen den Gruppen zu verhindern. Die Trennwände zwingen somit den gesamten, oder im Wesentlichen den gesamten, Flüssigkeitsstrom, der die ein oder mehreren Dosen in jeder Gruppe verlässt, nur in die ein oder mehreren Fallleitungseinlässe innerhalb derselben Gruppe zu fließen. Auf diese Weise verhindern die Trennwände die Fehlverteilung und Kanalisierung des Flüssigkeitsstroms, zu denen es ansonsten käme, wenn der Kontaktboden in einer nicht-horizontalen Orientierung installiert würde oder später eine solchen Orientierung einnähme, etwa infolge einer Störung der Kolonne oder aufgrund von Windbelastungen oder Wellentätigkeit an der Kolonne.
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In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Kolonne zur Ermöglichung von Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen in der Kolonne fließenden Fluidströmen. Die Kolonne umfasst einen stehenden Mantel, der einen offenen inneren Bereich definiert, und eine Vielzahl von Kontaktböden der oben beschriebenen Art, die in einer sich allgemein horizontal erstreckenden und vertikal beabstandeten Beziehung in dem offenen inneren Bereich des Mantels angeordnet sind.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verwendung der oben beschriebenen Kontaktböden zur Ermöglichung von Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen Fluidströmen, die in Gegenstrombeziehung innerhalb der Kolonne fließen. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass ein Flüssigkeitsstrom in Fallleitungen eingebracht wird, die sich von einem Kontaktboden nach unten erstrecken, der Flüssigkeitsstrom in Dosen geführt wird, die auf einem darunterliegenden Kontaktboden angeordnet sind, und der Flüssigkeitsstrom mit einem wirbelnden Dampfstrom vermischt wird, der innerhalb der Dosen aufsteigt, um den Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen den Flüssigkeits- und Dampfströmen zu bewirken. Das Verfahren umfasst die zusätzlichen Schritte, dass die Flüssigkeitsströme aus den Dosen durch Austragöffnungen in den Dosenwänden ausgetragen und die Trennwände verwendet werden, um den ausgetragenen Flüssigkeitsstrom ganz, oder im Wesentlichen ganz, aus den ein oder mehreren Dosen in jeder Gruppe in die ein oder mehreren Fallleitungseinlässe in derselben Gruppe zu leiten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kolonne, in der Masse- und/oder Wärmetransfer erfolgen sollen und in der Teile des Kolonnenmantels weggenommen sind, um die innerhalb eines offenen inneren Bereich in der Kolonne angeordneten Kontaktböden der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
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2 zeigt eine vergrößerte obere Draufsicht der Kolonne im horizontalen Querschnitt entlang Linie 2-2 von 1 in Richtung der Pfeile, die einen der Kontaktböden der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 zeigt eine vergrößerte, fragmentarische Seitenrissansicht der in 1 gezeigten Kolonne im vertikalen Querschnitt, um Details der Kontaktböden in der Kolonne zu zeigen;
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4 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines der in 1 gezeigten Kontaktböden;
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5 zeigt eine weiter vergrößerte perspektivische Ansicht eines Fragmentabschnitts einer der Dosen, die einen Teil der Kontaktböden bildet;
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6 zeigt eine fragmentarische Seitenrissansicht eines der Kontaktböden, die eine Ausführungsform eines Flüssigkeitsverteilers zeigt, der am Fallleitungsauslass einer der Dosen angeordnet ist;
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7 zeigt eine vergrößerte untere Grundrissansicht des in 6 gezeigten Flüssigkeitsverteilers im horizontalen Querschnitt entlang Linie 7-7 in Richtung der Pfeile;
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8 zeigt eine fragmentarische Seitenrissansicht eines der Kontaktböden, die eine alternative Ausführungsform des Flüssigkeitsverteilers zeigt, der am Fallleitungsauslass einer der Dosen angeordnet ist; und
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9 zeigt eine untere Grundrissansicht des in 8 gezeigten Flüssigkeitsverteilers im horizontalen Querschnitt entlang der Linie 9-9 in Richtung der Pfeile.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und zunächst auf 1 wird eine Kolonne, die für die Verwendung in Verfahren geeignet ist, in denen Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen im Gegenstrom fließenden Fluidströmen erfolgen soll, allgemein mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Kolonne 10 hat einen stehenden Außenmantel 12, der allgemein zylindrisch ausgelegt ist, wenngleich auch andere Formen, einschließlich der polygonalen Form, möglich sind und im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen. Der Mantel 12 hat einen beliebigen geeigneten Durchmesser und eine beliebige geeignete Höhe und ist aus einem oder mehreren starren Materialien konstruiert, die vorteilhafterweise inert oder anderweitig mit den während des Betriebs der Kolonne 10 auftretenden Fluiden und Bedingungen kompatibel sind.
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Die Kolonne 10 ist von einer Art, die für die Verarbeitung von Fluidströmen, typischerweise Flüssigkeits- und Dampfströmen, verwendet wird, um Fraktionierungsprodukte zu erhalten und/oder auf andere Weise Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen den Fluidströmen zu bewirken. Beispielsweise kann es sich bei Kolonne 10 um eine solche handeln, in der atmosphärische Rohölprozesse, Schmierölvakuumprozesse, Rohölvakuumprozesse, Fluid- oder Wärmecracking-Fraktionierung, Coker- oder Visbreaker-Fraktionierung, Koksreinigung, Reaktorabgasreinigung, Gasabschreckung, Speiseöldesodorisierung, Umweltschutzreinigung und andere Prozesse erfolgen. Die Kolonne 10 kann sich an Land oder auf See auf einer schwimmenden Plattform, einem Kahn oder einem Schiff befinden.
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Der Mantel 12 der Kolonne 10 definiert einen offenen inneren Bereich 14, in der der gewünschte Massetransport und/oder Wärmeaustausch zwischen den Fluidströmen erfolgt. Normalerweise umfassen die Fluidströme einen oder mehrere aufsteigende Dampfströme und einen oder mehrere absteigende Flüssigkeitsströme. Alternativ können die Fluidströme sowohl aufsteigende als auch absteigende Flüssigkeitsströme oder einen aufsteigenden Gasstrom und einen absteigenden Flüssigkeitsstrom umfassen.
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Die Fluidströme werden durch eine beliebige Anzahl von Speiseleitungen 16 zur Kolonne 10 geleitet, die an geeigneten Stellen entlang der Höhe der Kolonne 10 angeordnet sind. Ein oder mehrere Dampfströme können auch in der Kolonne 10 erzeugt werden, anstatt durch die Speiseleitungen 16 in die Kolonne 10 eingeleitet zu werden. Die Kolonne 10 umfasst typischerweise auch eine Kopfleitung 18 zum Entfernen eines dampfförmigen Produkts oder Nebenprodukts und eine Bodenstrom-Abnahmeleitung 20 zum Entfernen eines flüssigen Produkts oder Nebenprodukts aus der Kolonne 10. Andere üblicherweise vorhandene Kolonnenkomponenten, wie z. B. Rücklaufleitungen, Destillierblasen, Kondensatorkühler, Dampftrichter und dergleichen, werden in den Zeichnungen nicht gezeigt, weil sie von konventioneller Art sind und eine Darstellung dieser Komponenten für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich erscheint.
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Eine Vielzahl von sich horizontal erstreckenden Kontaktböden 22 sind in einer vertikal beabstandeten Beziehung innerhalb des offenen inneren Bereichs 14 der Kolonne 10 angeordnet. Die Böden 22 umfassen ein Bodendeck 24, das normalerweise aus einer Anzahl von einzelnen Tafeln konstruiert ist, die in einer von verschiedenen bekannten Arten und Weisen miteinander verbunden sind. Das Bodendeck 24 sollte sich horizontal erstrecken und den Innenquerschnitt der Kolonne 10 ganz, oder im Wesentlichen ganz, ausfüllen.
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Unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 2–5 umfasst jeder der Kontaktböden 22 eine Vielzahl von stehenden Dosen 26, die in einem vorgegebenen Muster ausgelegt sind und auf dem Bodendeck 24 getragen werden. Jede Dose 26 wird durch eine Wand 28 einer vorgegebenen Höhe gebildet, die normalerweise eine allgemein zylindrisch ausgelegt ist, wenngleich auch polygonale und andere Formen verwendet werden können. Jede Wand 28 hat einen unteren Rand, der auf eine beliebige geeignete Weise am Bodendeck 24 des Kontaktbodens 22 befestigt ist, etwa durch Schweißen oder durch Zungen (nicht gezeigt), die sich vom unteren Rand der Wand 28 nach unten erstrecken und durch im Bodendeck 24 ausgebildete Schlitze (nicht gezeigt) geführt werden. Die Zungen können dann gegen eine Unterseite des Bodendecks 24 gebogen werden, um die Dose 26 am Bodendeck 24 zu befestigen.
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Die Höhe der Wand 28 jeder Dose 26 ist geringer als der vertikale Abstand zwischen benachbarten Kontaktböden 22, so dass der obere Rand jeder Wand 28 um einen vorgegebenen Abstand unterhalb des darüberliegenden Kontaktboden 22 liegt, damit der Dampfstrom durch eine offene Oberseite der Dosen 26 abfließen kann. Normalerweise beträgt die Höhe der Wände 28 wenigstens die Hälfte, bevorzugter wenigstens zwei Drittel des vertikalen Abstands zwischen benachbarten Kontaktböden 22. Jede Wand 28 hat normalerweise dieselbe Höhe wie die anderen Wände 28 der Dosen 26 auf demselben Kontaktboden 22, aber die Wände 28 können von variierender Höhe sein, wenn dies für bestimmte Anwendungen gewünscht wird. Die Höhe der Wände 28 der Dosen 26 auf einem Kontaktboden 22 kann gleich oder verschieden von der Höhe der Wände 28 der Dosen 26 auf anderen Kontaktböden 22 sein.
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Die Kontaktböden 22 umfassen auch Dampföffnungen 30, die im Bodendeck 24 ausgebildet sind, damit der aufsteigende Dampfstrom nach oben durch das Bodendeck 24 gelangen kann. Normalerweise sind alle, oder im Wesentlichen alle, Dampföffnungen 30 innerhalb des Bereichs angeordnet, der von den Wänden 28 der Dosen 26 umschlossen wird, so dass der gesamte, oder im Wesentlichen der gesamte, nach oben durch das Bodendeck 24 gelangende Dampfstrom in die Dosen 26 gespeist wird. Es kann eine einzelne große Dampföffnung 30 von der Wand 28 jeder Dose 26 umschlossen sein, oder es können mehrere kleinere Dampföffnungen 30 von der Wand 28 jeder Dose 26 umschlossen sein. Die Anzahl und der Durchmesser der Dosen 26 sowie die Größe der Dampföffnungen 30 werden so gewählt, dass die gewünschte Dampfflusskapazität und das gewünschte Volumen für die gewünschte Dampf-Flüssigkeit-Wechselwirkung innerhalb des Teils der Kolonne 10 erzielt werden, in dem die Kontaktböden 22 angeordnet sind.
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Ein oder mehrere Sätze von Verwirblern 32 sind so angeordnet, dass sie ein zentrifugales Verwirbeln des Dampfes in jeder Dose 40 bewirken. Ein Satz von Verwirblern 32a ist normalerweise in jeder Dampföffnung 30 in oder nahe der Ebene des Bodendecks 24 angeordnet, so dass der Dampfstrom bei seiner Aufwärtspassage durch das Bodendeck 24 und seinem Eintritt in die Dosen 26 in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Ein anderer Satz von Verwirblern 32b kann sich innerhalb jeder Dose 26 an einer Position befinden, die um einen vorgegebenen Abstand oberhalb der unteren Verwirbler 32a liegt.
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Jeder Satz von Verwirblern 32 umfasst mehrere sich radial erstreckende ebene oder gekrümmte Flügel 34. Die Flügel 34 in den unteren Verwirblern 32a können genauso oder anders geformt und/oder abgewinkelt sein wie die Flügel 34 in den oberen Verwirblern 32b. Beispielsweise können die Flügel 34 in den unteren Verwirblern 32a gekrümmt sein, um einen allmählichen Übergang für den Dampfstrom von einer vertikalen zu einer Fließrichtung mit einem im Wesentlichen radialen Strömungsvektor zu bewirken. Da die Flügel 34 in den oberen Verwirblern 32b dem mit radialem Strömungsvektor fließenden Dampfstrom begegnen, können die Flügel 34 in den oberen Verwirblern 32b eben oder mit einer im Vergleich zu den Flügeln 34 in den unteren Verwirblern 32a geringeren Krümmung ausgebildet sein.
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Die Verwirbler 32 können so orientiert sein, dass der Dampf in jeder Dose 26 auf jedem Bodendeck 24 in derselben Rotationsrichtung wirbelt. Alternativ kann sich die Dampfrotationsrichtung in einigen Dosen 26 von der in anderen Dosen 26 unterscheiden. Beispielsweise kann die Dampfrotation in jeder Dose 26 auf einem Bodendeck 24 im Uhrzeigersinn und in jeder Dose 26 auf einem benachbarten Bodendeck 24 gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Dampfrotation in einigen Dosen 26 auf einem Bodendeck 24 im Uhrzeigersinn und in den anderen Dosen 26 auf demselben Bodendeck 24 gegen den Uhrzeigersinn erfolgen.
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Die Dosen 26 weisen jeweils eine Vielzahl von Austragöffnungen 38 in den Wänden 28 der Dosen 26 auf, damit der Flüssigkeitsstrom innerhalb der Dosen 26 die Dosen 26 nach der Wechselwirkung mit dem wirbelnden Dampfstrom in den Dosen 26 verlassen kann. Die Austragöffnungen 38 können verschiedene Formen haben, wie etwa einfache Löcher, gerichtete Schlitze, die sich wie in den Zeichnungen gezeigt in die Dosen 26 erstrecken, und nach außen gebogene Zungen (nicht gezeigt), die nach unten abgewinkelt sind, um austretende Flüssigkeit in einer Abwärtsrichtung zum Bodendeck 24 hin abzulenken. Andere Ausführungsformen der Austragöffnungen 38 sind möglich und liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Ein nach unten umgeschlagener Lippenring 40 befindet sich am oberen Rand jeder Dose 26, um jeglichen Teil des Flüssigkeitsstroms aufzufangen, der entlang des oberen Randes der Wand 28 der Dose 26 austritt, und die aufgefangene Flüssigkeit außerhalb der Dose 26 und nach unten in Richtung des Bodendecks 24 umzulenken. Der Lippenring 40 hat weist ein inneres Segment 42 auf, das auf der Innenseite der Wand 28 der zugehörigen Dose 26 angeordnet ist, ein gekrümmtes oberes Segment 44, das geringfügig nach oben vom oberen Rand der Wand 28 beabstandet ist, und ein Außensegment 46, das auf der Außenseite der Wand 28 der Dose 26 angeordnet ist. Der Lippenring 40 wird von Zungen 48 festgehalten, die sich vom oberen Rand der Wand 28 nach oben erstrecken und in Schlitzen 50 im oberen Segment 44 des Lippenrings 40 aufgenommen werden.
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Die Kontaktböden 22 umfassen auch mehrere Fallleitungen 52, die sich von jedem Bodendeck 24 nach unten erstrecken, um den absteigenden Flüssigkeitsstrom von jedem Kontaktboden 22 zu einem darunterliegenden Kontaktboden 22 zu führen. Jede Fallleitung 52 erstreckt sich nach unten in eine der Dosen 26 auf dem Bodendeck 24 des darunterliegenden Kontaktbodens 22. Die Fallleitungen 52 können auf einer Linie mit den Dosen 26 liegen, in die sie den Flüssigkeitsstrom auf dem darunterliegenden Kontaktboden 22 liefern. Alternativ können die Fallleitungen 52 gegenüber den Dosen 26 versetzt sein, in die sie den Flüssigkeitsstrom liefern, um eine größere Flexibilität bei der Anordnung der Fallleitungen 52 und der Dosen 26 auf den Bodendecks 24 zu ermöglichen.
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In einer Ausgestaltung erstreckt sich nur eine Fallleitung 52 in jede Dose 26 und ist innerhalb der zugehörigen Dose 26 zentral angeordnet. In anderen Ausgestaltungen erstreckt sich mehr als eine Fallleitung 52 in jede Dose 26. Jede Fallleitung 52 hat einen oberen Fallleitungseinlass 54, der als eine Öffnung im Bodendeck 24 ausgebildet ist, und einen unteren Austragauslass 56, der innerhalb der zugehörigen, darunterliegenden Dose 26 angeordnet ist. Ein optionaler Überlauf (nicht gezeigt) kann jeden Fallleitungseinlass 54 umgeben, damit sich der Flüssigkeitsstrom bis zu einem vorgegebenen Niveau auf dem Bodendeck 24 sammelt, bevor er über den Überlauf fließt und in die Fallleitung 52 eintritt. Der untere Austragauslass 56 kann eine Struktur umfassen, die die Abwärtsbewegung des Flüssigkeitsstroms beim Verlassen des Austragauslasses 44 unterbricht. Alternativ oder zusätzlich kann eine nichtperforierte Abdichtpfanne 58 unterhalb des Austragauslasses 44 angeordnet sein, um den abgelassenen Flüssigkeitsstrom daran zu hindern, nach unten durch die Dampföffnungen 30 zu sickern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung erstrecken sich Trennwände 60 vom Bodendeck 24 auf jedem Kontaktboden 22 nach oben und sind so angeordnet, dass sie mehrere Zonen oder Gruppen bilden, die eine oder mehrere Dosen 26 und einen oder mehrere Fallleitungseinlässe 54 umfassen. Die Trennwände 60 sind als mehrere Segmente ausgebildet, die miteinander verbunden sind, um ein verbundenes Netz zu bilden, das die Dosen 26 und Fallleitungseinlässe 54 in jeder Gruppe begrenzt und von denen in den anderen Gruppen trennt. Die individuellen Segmente der Trennwände 60 können wie in den Zeichnungen dargestellt eben sein, oder sie können gekrümmt sein oder eine beliebige andere gewünschte Gestaltung haben. Die Trennwände 60 können so angeordnet sein, dass sie Gruppen bilden, in denen in jeder Gruppe nur eine einzelne Dose 26 und ein einzelner Fallleitungseinlass 54 vorhanden sind, oder es können zwei oder mehr Dosen 26 und zwei oder mehr Fallleitungseinlässe 54 innerhalb jeder Gruppe vorhanden sein. In einer Ausgestaltung sind in jeder Gruppe gleiche Anzahlen von Dosen 26 und gleiche Anzahlen von Fallleitungseinlässen 54 vorhanden. In einer anderen Ausgestaltung können einige Gruppen mehr Dosen 26 und Fallleitungseinlässe 54 haben als andere Gruppen.
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Jede Gruppe der ein oder mehreren Dosen 26 und der ein oder mehreren Fallleitungseinlässe 54 ist durch die Trennwände 60 von den anderen Gruppen von Dosen 26 und Fallleitungseinlässen 54 getrennt, so dass der Flüssigkeitsstrom nicht, oder nur stark behindert, zwischen den Gruppen fließen kann. Die Trennwände 26 zwingen somit den gesamten, oder im Wesentlichen den gesamten, Flüssigkeitsstrom, der die ein oder mehreren Dosen 26 in jeder Gruppe verlässt, nur in die ein oder mehreren Fallleitungseinlässe 54 in derselben Gruppe zu fließen.
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Wie am besten in 2 zu sehen ist, sind die Trennwände 60 vorzugsweise so angeordnet, dass sie etwa gleiche Oberflächen des Bodendecks 24 in jeder Gruppe von Dosen 26 und Fallleitungseinlässen 54 umschließen. Zudem erstrecken sich die Trennwände 60 um eine ausreichende Distanz über dem Bodendeck 24 nach oben, um den gesamten, oder im Wesentlichen den gesamten, Flüssigkeitsstrom, der jede Gruppe von Dosen 26 verlässt, daran zu hindern, zu einer der anderen Gruppen von Dosen 26 auf demselben Kontaktboden 22 zu fließen. Der obere Rand der Trennwände 60 sollte somit normalerweise oberhalb der obersten Austragöffnungen 38 angeordnet sein, die in den Wanden 28 der Dosen 26 ausgebildet sind. Die Trennwände 60 können sich um eine ausreichende Distanz nach oben erstrecken, um den oberen Rand der Trennwände 60 in Kontakt mit dem darüberliegenden Bodendeck 24 zu bringen, um zusätzliche Abstützung für das Bodendeck 24 zu geben und um einen ordnungsgemäßen Abstand zwischen benachbarten Bodendecks 24 zu gewährleisten. Wenn die Trennwände 60 das darüberliegende Bodendeck 24 kontaktieren, können Dampföffnungen (nicht gezeigt) in der Nähe des oberen Randes der Trennwände 60 vorgesehen werden, damit der Dampfstrom durch die Trennwände 60 gelangen kann, um den Druck über den Querschnitt der Kolonne 10 auszugleichen. Die Flüssigkeitsaustragöffnungen 38 in den Wänden 28 der Dosen 26 können wie in den Zeichnungen dargestellt um den Umfang der Dosen 26 herum angeordnet werden, oder sie können an einer oder mehreren Stellen konzentriert sein, wie etwa in dem Abschnitt der Wände 28, der dem zugehörigen Fallleitungseinlass 54 am nächsten liegt.
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Durch Blockieren oder erhebliches Behindern des Flusses des Flüssigkeitsstroms zwischen den verschiedenen Gruppen von Dosen 26 und Fallleitungseinlässen 54 zwingen die Trennwände 60 den Flüssigkeitsstrom, der die ein oder mehreren Dosen 26 in jeder Gruppe verlässt, in die ein oder mehreren Fallleitungseinlässe 54 in derselben Gruppe zu fließen. Sollte das Bodendeck 24 des Kontaktbodens 22 in Bezug auf eine horizontale Orientierung fehlausgerichtet sein, würde der Flüssigkeitsstrom normalerweise in Richtung der tiefen Seite des Bodendecks 24 fließen und sich in denjenigen Fallleitungseinlässen 54 konzentrieren, die sich auf der tiefen Seite des Bodendecks 24 befinden. Diese Kanalisierung des Flüssigkeitsstroms zur tiefen Seite des Bodendecks 24 reduziert die Flüssigkeitsflusskapazität der Kontaktböden 22 und verringert die Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeits- und Dampfströmen, wodurch die Massetransport- und Wärmeaustauscheffizienz der Kontaktböden 22 verringert wird. Die Trennwände 60 verhindern, dass der Flüssigkeitsstrom über das Bodendeck 24 fließt, und führen selbst dann, wenn das Bodendeck 24 in Bezug auf eine horizontale Orientierung fehlausgerichtet sein sollte, dazu, dass etwa gleiche Anteile des Flüssigkeitsstroms in jeden Fallleitungseinlass 54 eintreten. Somit wird ersichtlich, dass die Trennwände 60 eine unerwünschte Fehlverteilung und Kanalisierung des Flüssigkeitsstroms verhindern, die sonst entstehen würde, wenn der Kontaktboden 22 in einer nicht-horizontalen Orientierung installiert würde oder später eine solche Orientierung einnähme, wie etwa infolge einer Störung der Kolonne oder wegen Windbelastung oder Wellentätigkeit an der Kolonne 10.
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Unter Bezugnahme auf die 6–7 betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Flüssigkeitsverteiler 70, der am Auslass 56 von einigen oder allen Fallleitungen 52 angeordnet ist, um die Flüssigkeit gleichförmiger zu verteilen, während sie die Fallleitungen 52 innerhalb der Dosen 26 verlässt, wenn der Kontaktboden 22 in einer nicht-horizontalen Orientierung angeordnet ist. Der Flüssigkeitsverteiler 70 umfasst eine allgemein ebene Bodenplatte 72, die sich transversal über den Fallleitungsauslass 56 erstreckt und diesen abschließt. Die Bodenplatte 72 kann mit der die Fallleitung 52 bildenden Wand verschweißt oder auf andere Weise daran befestigt sein. Die Bodenplatte 72 umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 74, die sich in einem zentralen Bereich 76 befinden, wobei ein ringförmiger Bereich 78, der den zentralen Bereich 76 umgibt, von solchen Öffnungen 74 vollständig oder weitgehend frei ist. Die Öffnungen 74 können wie in 7 dargestellt dreieckig sein, oder sie können rund, quadratisch, oval oder anderweitig geformt sein. Anzahl, Größe und Abstände der Öffnungen 74 werden so gewählt, dass sie den beabsichtigten Volumenfluss von absteigender Flüssigkeit in der Fallleitung 52 aufnehmen und dabei etwas Flüssigkeitsansammlung in der Fallleitung 52 bewirken. Die Flüssigkeitsansammlung und die zentrale Positionierung der Öffnungen 74 gewährleisten, dass Flüssigkeit in jede der Öffnungen 74 gespeist wird, auch wenn die Fallleitung 52 infolge einer Fehlausrichtung der Fallleitung 52 und/oder des zugehörigen Kontaktbodens 22 in einem Winkel gegenüber Vertikalen geneigt ist. Durch derartiges Speisen der Flüssigkeit in jede der Öffnungen 74 wird die Flüssigkeit gleichförmiger und zentral ausgetragen, selbst wenn die Fallleitung 52 geneigt ist.
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Der Flüssigkeitsverteiler 70 umfasst auch eine Vielzahl von Prallwänden 80, die sich von der Bodenplatte 72 nach unten zur Abdichtpfanne 58 oder dem Bodendeck 24 erstrecken, um die Möglichkeit einer Fehlverteilung von aus den Fallleitungen 52 austretender Flüssigkeit noch weiter zu reduzieren. Die Prallwände 80 erstrecken sich von einer fiktiven, sich in Längsrichtung erstreckenden Mittelachse der Fallleitung 52 um einen vorgegebenen radialen Abstand in gleichen Bogenintervallen radial nach außen, um etwa gleiche Volumina zwischen jedem Paar benachbarter Prallwände 80 zu bilden. In einer Ausgestaltung ist die radiale Länge der Prallwände 80 so gewählt, dass ein äußerer Rand jeder Prallwand 80 in einer vertikalen Ebene jenseits des zentralen Bereichs 76 und innerhalb des ringförmigen äußeren Bereichs 78 der darüberliegenden Bodenplatte 72 angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform wird die radiale Länge der Prallwände 80 so gewählt, dass der äußere Rand jeder Prallwand 80 an einem ringförmigen Einlassüberlauf 82 anstößt, der sich von einem äußeren Umfang der Abdichtpfanne 58 nach oben erstreckt.
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Eine oder mehrere der Öffnungen 74 speisen Flüssigkeit in jedes der durch die Prallwände 80 definierten Volumina. In der dargestellten Ausführungsform speist eine einzige dreieckige Öffnung 74 Flüssigkeit in jedes der durch die Prallwände 80 definierten Volumina. In anderen Ausführungsformen speisen mehrere Öffnungen 74 Flüssigkeit in jedes Volumen. Die Flüssigkeit fließt dann von jedem Volumen zwischen den Prallwänden 80 nach außen und wird von dem aus dem Verwirbler 28 austretenden Verwirblungsdampf aufgenommen. Die Prallwände 80 hindern die Flüssigkeit daran, zu einer tiefen Seite der Abdichtpfanne 58 zu fließen, und gewährleisten eine gleichförmigere Umfangsverteilung der Flüssigkeit an den aus dem Verwirbler 28 austretenden Dampf.
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Der Flüssigkeitsverteiler 70 kann auch mehrere umfangsmäßig beabstandete Latten 84 aufweisen, die sich von oder neben dem Einlassüberlauf 82 nach oben erstrecken und an der darüberliegenden Bodenplatte 72 angebracht sind, wie in den 8–9 gezeigt ist.
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Bei der Verwendung der Kolonne 10 fließt ein Flüssigkeitsstrom in die Fallleitungseinlässe 54 und steigt durch die Fallleitungen 52 ab, bevor er durch die Austragauslässe 56 in die Dosen 26 auf dem darunterliegenden Bodendeck 24 austritt. Die in die Dosen 26 eintretende Flüssigkeit wird von dem Dampfstrom aufgenommen, der durch die Dampföffnungen 30 im Bodendeck 24 in die Dosen 26 eintritt. Die Verwirbler 32 versetzen die Dampf- und Flüssigkeitsströme in eine zentrifugale Wirbelbewegung, um ein inniges Vermischen der Dampf- und Flüssigkeitsströme in den Dosen 26 zu bewirken. Die auf die Flüssigkeit wirkenden Fliehkräfte bewirken, dass die Flüssigkeit gegen die Innenflächen der Wände 28 der Dosen 26 geworfen wird, wo sie hochsteigt, bis sie auf die Austragöffnungen 38 in den Wänden 28 trifft. Der Flüssigkeitsstrom wird dann durch einen Teil des Dampfstroms durch die Austragöffnungen 38 getragen. Der durch die Austragöffnungen 38 austretende Flüssigkeitsstrom steigt auf das Bodendeck 24 in dem durch die benachbarten Segmente der Trennwände 60 begrenzten Bereich ab. Der Rest des Dampfstroms tritt durch die offene Oberseite der Dosen 26 aus und bewegt sich lateral, bevor er durch die Dampföffnungen 30 im Bodendeck 24 der darüberliegenden Kontaktböden 22 aufsteigt. Jeglicher Teil des Flüssigkeitsstroms, der bei seinem Weg entlang den Wänden 28 der Dosen 26 nach oben die Austragöffnungen 38 umgeht, wird von den Lippenringen 40 am oberen Rand der Wände 28 erfasst und nach unten auf das Bodendeck 24 umgeleitet.
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Der Flüssigkeitsstrom, der die Dosen 26 nach dem Vermischen mit dem Dampfstrom verlässt, fällt auf das Bodendeck 24 und wird zu etwa gleichen Teilen von den Trennwänden 60 in die ein oder mehreren Fallleitungseinlässe 54 geleitet, die zu den ein oder mehreren Dosen 26 gehören, aus denen der Flüssigkeitsstrom ausgetreten ist. Der Flüssigkeitsstrom wird dann von den Fallleitungen 52 nach unten zu den auf dem darunterliegenden Kontaktboden 22 angeordneten Dosen 26 geleitet. Auf diese Weise Wechselwirken der Dampfstrom und der Flüssigkeitsstrom in den Dosen 26 auf jedem Bodendeck 24, bevor sie jeweils zu den nächsten darüberliegenden bzw. darunterliegenden Kontaktböden 22 in dem offenen inneren Bereich 14 der Kolonne 10 geführt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Betreiben der Kolonne 10, indem ein erster Fluidstrom nach unten durch jede einer Vielzahl von Fallleitungen 52 geführt wird, die sich von einem der Kontaktböden 22 nach unten erstrecken, und der erste Fluidstrom aus den Fallleitungen 52 in Dosen 26 ausgetragen wird, die auf einem Bodendeck 24 auf einem darunterliegenden Kontaktboden 22 angeordnet sind.
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Der erste Fluidstrom in den Dosen 26 wird mit einer Wirbelbewegung mit einem zweiten Fluidstrom in Wechselwirkung gebracht, der durch das Bodendeck 24 des darunterliegenden Kontaktbodens 22 aufsteigt und in die Dosen 26 eintritt. Der erste Fluidstrom wird dann nach der Wechselwirkung mit dem zweiten Fluidstrom aus den Dosen 26 entfernt und von den ein oder mehreren Dosen 26 in jeder Gruppe geleitet und zu den ein oder mehreren Fallleitungseinlässen 54 in derselben Gruppe geführt. Die ein oder mehreren Trennwände 60 dienen dazu, die Zuführung des entfernten ersten Fluidstroms zu Fallleitungseinlässen 54 in anderen der Gruppen zu behindern. Die Trennwände 60 verhindern somit die unerwünschte Fehlverteilung und Kanalisierung des Flüssigkeitsstroms, die sonst entstehen würde, wenn die Kontaktboden 22 in einer nicht-horizontalen Orientierung installiert würde oder später eine solche einnähme.
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Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung gut angepasst ist, um alle oben dargelegten Zwecke und Zielsetzungen sowie andere der Konstruktion innewohnende Vorteile zu erreichen.
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Man wird verstehen, dass bestimmte Merkmale und Subkombinationen nützlich sind und ohne Bezug auf andere Merkmale und Teilkombinationen eingesetzt werden können. Dies ist beabsichtigt und fällt in den Rahmen der Erfindung.
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Da zahlreiche mögliche Ausführungsformen der Erfindung gebildet werden können, ohne von deren Erfindungsgedanken abzuweichen, sind alle hierin dargelegten oder in den anhängenden Zeichnungen dargestellten Gegenstände als illustrativ und nicht als beschränkend auszulegen.
