DE1136307B

DE1136307B - Cascade bottoms for countercurrent mass exchange columns

Info

Publication number: DE1136307B
Application number: DEM50230A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Weissbach; Mathias Stueckgen
Original assignee: E Merck AG
Current assignee: Merck KGaA
Priority date: 1961-09-06
Filing date: 1961-09-06
Publication date: 1962-09-13

Description

Kaskaden-Böden für Gegenstromstoffaustausch-Kolonnen Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige Kaskaden-Böden für Gegenstromstoffaustausch-Kolonnen, die für Einwirkungen zwischen Gasen und Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. zum Reinigen, Absorbieren, Kühlen, Mischen, Destillieren oder ähnlichen Austauschvorgängen. Kaskaden-Böden werden im allgemeinen dann verwendet, wenn durch die Abscheidung von Feststoffen während der Einwirkung zwischen Gas und Flüssigkeit die Gefahr besteht, daß sich die sonst üblichen Austauschelemente der Kolonnen, wie z.B. Füllkörper, Glocken- oder Siebböden, verstopfen. Im allgemeinen sind die Kaskaden-Böden nach unten geneigte Bleche, über deren Oberfläche die Flüssigkeit herabrieselt, während im Gegenstrom die gasförmige Phase aufsteigt. Weiterhin sind Kaskaden-Böden bekannt, die aus konzentrischen Scheiben bzw. Ringscheiben bestehen, die abwechselnd in der Säulenachse und am Säulenmantel angebracht sind. Die Scheiben sind so angeordnet, daß die Flüssigkeit abwechselnd vom äußeren Rand der zentralen Scheibe und durch die zentrale Aussparung der darunterliegenden, randständig angebrachten Ringscheibe abfließt. Die bekannten Kaskaden-Böden besitzen jedoch den wesentlichen Nachteil, daß bei einer Abscheidung von Feststoffen während des Austauschvorganges sich die Feststoffe in den strömungstoten oder strömungsarmen Ecken oder Zonen, also vor allem an der Unterseite der Kaskaden-Böden, festsetzen und dadurch Umfang und Intensität der Leistung eines solchen Austauschers wesentlich herabsetzen. Durch Abfallen größerer Stücke des abgesetzten Feststoffs während des Betriebs der Säule können außerdem Verstopfungen der freien Querschnitte eintreten. Eine kontinuierliche Durchführung des Austauschverfahrens über längere Zeit ist daher besonders bei der Abscheidung von zum Kleben neigenden Feststoffen nicht möglich. Cascade Trays for Countercurrent Mass Exchange Columns The present Invention relates to novel cascade trays for countercurrent mass exchange columns, which are used for actions between gases and liquids, e.g. B. to Cleaning, absorbing, cooling, mixing, distilling or similar exchanges. Cascade trays are generally used when separating of solids during the action between gas and liquid there is a risk, that the otherwise usual exchange elements of the columns, such as packing, Bubble cap or sieve bottoms, clog. In general, the cascade floors are after downward sloping metal sheets, over the surface of which the liquid trickles down, while the gaseous phase rises in countercurrent. Furthermore, cascade floors are known, which consist of concentric disks or ring disks, which alternate in the Column axis and are attached to the column jacket. The discs are arranged so that the liquid alternates from the outer edge of the central disc and through the central recess of the underlying annular disc attached to the edge drains. The known cascade floors, however, have the major disadvantage that with a separation of solids during the exchange process, the Solids in dead-flow or low-flow corners or zones, i.e. in front of especially on the underside of the cascade bottoms, and thereby the extent and intensity significantly reduce the performance of such an exchanger. By falling larger Pieces of the settled solid during operation of the column can also Blockages of the free cross-sections occur. Continuous implementation the exchange process over a long period of time is therefore particularly important when it comes to deposition solids that tend to stick are not possible.

Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile vermeiden und einen wesentlich besseren Wirkungsgrad der Kaskaden-Böden erzielen kann, wenn man den Ablaufelementen eine bestimmte Form und Anordnung gibt. Insbesondere kann durch eine spezielle Gestaltung der Unterseiten dieser Ablaufelemente ein Ansetzen der sich abscheidenden Feststoffe vermieden und damit ein höherer Wirkungsgrad und eine gleichmäßigere Leistung als bei den bisher bekannten Kaskaden-Böden erzielt werden. It has now been found that you can avoid these disadvantages and one can achieve a much better efficiency of the cascade floors if you use the Gives drainage elements a certain shape and arrangement. In particular, through a special design of the undersides of these drainage elements an attachment of the Avoided separating solids and thus a higher efficiency and a more uniform performance can be achieved than with the previously known cascade floors.

Gegenstand der Erfindung sind somit Kaskaden-Böden zum Einbau in Gegenstromstoffaustausch-Kolonnen mit abwechselnd um die Säulenachse zentral angeordneten Ablaufelementen und am Säulenmantel sitzenden Ablaufringen, die so gestaltet sind, daß die zentralen Ablaufelemente als Kegel oder Pyramiden mit durch Spitze und Grundflächenmittelpunkt verlaufender Achse und mindestens 300 Basiswinkel ausgebildet sind und die randständigen Ablaufringe mindestens 300 gegen die Horizontale nach unten geneigt sind und daß sowohl die zentralen als auch die randständigen Abiaufflächen an der Unterseite durch etwa spiegelbildlich angeordnete Flächen begrenzt sind. The invention thus relates to cascade floors for installation in Countercurrent mass exchange columns with alternating columns arranged centrally around the column axis Drainage elements and drainage rings sitting on the column jacket, which are designed in this way are, that the central drainage elements as cones or pyramids with a point and the center of the base extending axis and at least 300 base angles are formed and the marginal Drain rings are inclined downwards at least 300 to the horizontal and that both the central and the marginal drainage surfaces on the underside are limited by approximately mirror-inverted surfaces.

Besonders vorteilhaft arbeiten Kolonnen mit diesen Kaskaden-Böden dann, wenn die zentralen Ablaufelemente kegelförmig ausgebildet und von unten durch einen Gegenkegel abgeschlossen sind. Durch die Ausbildung der Unterseiten als etwa spiegelbildliche Flächen zu den Ablaufflächen werden die toten bzw. strömungsarmen Ecken vermieden, in denen sich die abgeschiedenen Feststoffe sonst leicht absetzen. Damit wird die Durchführung kontinuierlicher Verfahren ohne weiteres möglich. Columns work particularly advantageously with these cascade trays when the central drainage elements are conical and run through from below a counter cone are completed. By training the undersides as about areas that are mirror-image to the runoff areas are the dead or low-flow areas Avoid corners in which the separated solids can otherwise easily settle. This makes it possible to carry out continuous processes without further ado.

Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Kaskaden-Böden nach der Erfindung. Die linke Seite der Kolonne ist in der Zeichnung perspektivisch dargestellt, während die rechte Seite als Querschnitt abgebildet ist. Die zentralen Ablaufelemente sind als Doppelkegel ausgebildet. Durch die erfindungsgemäß e Anordnung der geneigten randständigen Ablaufringe werden zwei mit den kleineren Kreisflächen aufeinanderliegende Hohlkegelstümpfe gebildet. The drawing shows a preferred embodiment of the cascade trays according to the invention. The left side of the column is in perspective in the drawing shown, while the right side is shown as a cross-section. The central Drainage elements are designed as double cones. Due to the arrangement according to the invention of the inclined edge drainage rings become two with the smaller circular areas superposed hollow truncated cones formed.

In der Mittelachse der Säule 1 ist ein Führungsrohr 2 angeordnet, auf dem die zentralen kegelförmigen Ablaufelemente 3 sitzen, die auf der Unterseite nach dieser speziellen Ausführungsform durch einen Gegenkegel 4 begrenzt sind. Die randständigen, geneigten Ablaufringe 5 sind auf der Unterseite durch einen spiegelbildlich angebrachten Ablaufring 6 abgeschlossen. Die Ablaufkanten der zentralen Ablaufelemente und der rand ständigen Ablaufringe sind mit niedngen gezahnten Schürzen 7 versehen. Das Führungsrohr 2 kann außerdem mit Düsen 8 versehen sein. A guide tube 2 is arranged in the central axis of the column 1, on which the central conical drainage elements 3 sit on the underside are limited by a counter cone 4 according to this special embodiment. the marginal, inclined Drainage rings 5 are on the underside completed by a mirror-inverted drainage ring 6. The runoff edges the central drainage elements and the drainage rings at the edge are sloped toothed aprons 7 provided. The guide tube 2 can also be provided with nozzles 8 be.

Die zentralen Ablaufelemente 3, 4 werden zweckmäßig auf einem Führungsrohr 2, das die Mittelachse der Kolonne bildet, in regelmäßigen Abständen aufgereiht. Vorzugsweise werden sie so befestigt, daß eine weitere Abstützung nicht mehr erforderlich ist. The central drainage elements 3, 4 are expediently on a guide tube 2, which forms the central axis of the column, lined up at regular intervals. They are preferably fastened in such a way that further support is no longer required is.

Dadurch wird vermieden, daß Hilfskonstruktionen in den Strömungsweg ragen, die die Ansatzbildung fördem könnten. Nach der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die Ablaufelemente 3, 4 als Kegel gestaltet, die einen Basiswinkel von mindestens 300 haben. Es können jedoch auch Pyramiden, gegebenenfalls mit polygonen Grundflächen, oder andere Rotationskörper, deren Mantellinien z. B. durch einen Kreisbogen, eine Parabel, Hyperbel oder Ellipse gebildet werden, verwendet werden.This prevents auxiliary structures from getting into the flow path protrude that could promote the formation of deposits. According to the preferred embodiment According to the invention, the drainage elements 3, 4 are designed as cones which have a base angle have at least 300. However, pyramids can also be used, possibly with polygons Bases, or other bodies of revolution whose surface lines z. B. by a Arc, parabola, hyperbola or ellipse can be used.

Die randständigen Ablaufringe 5, 6 liegen an der Innenwand des Säulenmantels 1 an. Sie können gegebenenfalls durch Stege gegeneinander abgestützt werden, die an der Innenwand dicht anliegen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die randständigen Ablaufelemente 5, 6 mit einer elastischen Dichtung gegen die Innenwand zu versehen, um eine Randläuflgkeit der Flüssigkeit zu vermeiden. Nach der einfachsten Ausführungsform nach der Erfindung sind die randständigenAblaufelemente 5, 6 als Hohlringe mit einer zur Mittelachse der Säule gerichteten Ablaufkante ausgebildet. Um ein Absetzen von Feststoff zu vermeiden, soll die randständige Ablauffläche 5 mindestens 300 gegen die Horizontale nach unten geneigt sein. Die etwa spiegelbildlich auf der Unterseite anzubringenden Flächen 6 besitzen dann etwa die gleiche Neigung gegen die Horizontale nach oben. The drainage rings 5, 6 at the edge lie on the inner wall of the column jacket 1 at. You can optionally be supported against each other by webs that lie tightly against the inner wall. The marginal ones have been found to be useful To provide drainage elements 5, 6 with an elastic seal against the inner wall, in order to avoid the liquid becoming marginal. According to the simplest embodiment According to the invention, the outflow elements 5, 6 at the edge are designed as hollow rings with a formed towards the central axis of the column running edge. To stop To avoid solids, the run-off surface 5 at the edge should be at least 300 against the horizontal be inclined downwards. The roughly mirror image on the bottom Areas 6 to be attached then have approximately the same inclination to the horizontal up.

Die abwechselnd randständig und zentral angeordneten Ablaufelemente sind zweckmäßig so bemessen, daß der Abstand der Ablaufkante des zentralen Ablaufkörpers 3, 4 von der Mittelachse etwas geringer ist als der der Ablaufkante des randständigen Ablaufringes 5, 6, so daß das zentrale Führungsrohr 1 mit den daran befestigten Ablaufelementen 3, 4 herausgezogen werden kann, ohne daß ein Ausbau der Ablaufringe 5, 6 erforderlich ist. Auch hierin liegt ein wesentlicher Vorteil der Kaskaden-Böden nach der Erfindung. The drainage elements, which are arranged alternately at the edge and in the center are expediently dimensioned so that the distance between the drainage edge of the central drainage body 3, 4 from the central axis is slightly less than that of the trailing edge of the marginal Drainage ring 5, 6, so that the central guide tube 1 with the attached thereto Drainage elements 3, 4 can be pulled out without removing the drainage rings 5, 6 is required. This is also a major advantage of the cascade floors according to the invention.

Besonders vorteilhaft arbeiten die Kaskaden-Böden, wenn der Durchmesser der Kegelgrundfläche der zentralen Ablaufelemente 3, 4 etwa das 0,7fache des Säulendurchmessers beträgt. Weiterhin werden optimale Bedingungen - erreicht, wenn die Fallhöhe von der zentralen zur randständigen Ablaufkante und umgekehrt etwa zu 1/3 des Säulendurchmessers bemessen wird. The cascade floors work particularly well if the diameter the conical base area of the central drainage elements 3, 4 is approximately 0.7 times the column diameter amounts to. Furthermore, optimal conditions are achieved when the height of fall is from the central to the marginal drainage edge and vice versa about 1/3 of the column diameter is measured.

Die Ablaufkanten der zentralen und der randständigen Ablaufelemente können zur besserenVerteilung der von oben herabrieselnden Flüssigkeit mit einer gezahnten Schürze7 versehen sein, die zweckmäßig nur niedrige Zähne besitzt. Ferner können auf dem zentralen Führungsrohrl an beliebigen Stellen Düsen 8 angebracht sein, die der Zugabe weiterer Reaktionskomponenten oder dem Austritt von Waschflüssigkeiten bei der Reinigung der Kolonne dienen können. The drainage edges of the central and peripheral drainage elements can be used for better distribution of the liquid trickling down from above with a toothed apron 7, which appropriately only has low teeth. Further Nozzles 8 can be attached at any point on the central guide tube the addition of further reaction components or the escape of washing liquids can serve in cleaning the column.

Die Gasgeschwindigkeit im Gegen stromaustauscher soll zweckmäßig so bemessen sein, daß die ablaufende Flüssigkeit so abgelenkt wird, daß sie sich über die gesamte Fläche der Ablaufelemente verteilt. Die Flüssigkeitsbelastung kann ein Mehrfaches der Gasbelastung betragen. Durch die besondere Ausbildung der Kaskaden nach der Erfindung ergeben sich optimale Ablaufverhältnisse, so daß eine Austauschersäule mit diesen Kaskaden-Böden im Durchmesser und in der Höhe wesentlich geringer gehalten werden kann als die bisher bekannten Kaskaden-Kolonnen. The gas velocity in the counter flow exchanger should be appropriate be dimensioned so that the draining liquid is deflected so that it is Distributed over the entire surface of the drainage elements. The fluid exposure can be a multiple of the gas load. Due to the special design of the cascades according to the invention there are optimal drainage conditions, so that an exchanger column with these cascade floors kept much smaller in diameter and height can be than the previously known cascade columns.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cascade trays for countercurrent mass exchange columns with drain elements (3) arranged alternately around the column axis (2) and drainage rings (5) seated on the column jacket (1), characterized in that the central drainage elements (3) as upright cones or pyramids a base angle of at least 300 are formed and the edge drainage rings (5) at least 300 inclined downwards from the horizontal and that both the central as well as the marginal drainage areas on the underside by about mirror-inverted surfaces (4 or 6) are limited.

2. cascade floors according to claim 1, characterized in that the central drainage elements (3) are designed as double cones (3, 4).