DE1243143B - Querstrom-Fuellkoerper-Kolonne - Google Patents

Description

• Querstrom-Füllkörper-Kolorme Füllkörper-Kolonnen weisen gegenüber Boden-Kolonnen vielfach Vorteile auf, wenn es sich um Stoffaustauschvorgänge handelt, bei denen die Berührungszeit eine wichtige Rolle spielt Außerdem sprechen oft noch andere Faktoren für die Verwendung von Füllkörpern, wie geringe Empfindlichkeit gegen Ablagerungen und Korrosionen, wesentlich größere spezifische Flüssigkeitsbelastungen, geringere Druckverluste und Herstellungskosten.
• Nachteilig wirkt sich dagegen ihre Empfindlichkeit hinsichtlich des Wirkungsgrades bei Minderbelastungen aus.
• Der normale Belastungsbereich soll die obere Grenzgeschwindigkeit um nicht mehr als etwa 30 oil unterschreiten.
• Die dabei anzuwendenden Gas- oder Dampfgeschwindigkeiten sind aber meist zu hoch, um die erforderliche Reaktions- oder Berührungszeit oder auch den zulässigen Druckverlust einhalten zu können.
• Man ist daher gezwungen, in vielen Fällen weit unter der Grenzgeschwindigkeit zu arbeiten und den schlechteren Wirkungsgrad, hervorgerufen durch ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung bzw. unvollkommene Berührung zwischen den beiden Komponenten, in Kauf zu nehmen.
• Um diesen Nachteil zu beheben, hat man das Querstromprinzip angewandt, indem man die Berieselungsfiüssigkeit über paketförmige Einbauten, die beispielsweise aus vertikal angeordneten, waschbrettartigen Holzmatten bestehen, rieseln läßt.
• Dabei sind die beiderseits der Pakete vorhandenen, segmentförmigen freien Querschnitte wechselweise abgedeckt, so daß das Gas in wechselnder Richtung vornehmlich horizontal durch die Einbauten strömt.
• Man erreicht dadurch völlige Unabhängigkeit zwischen spezieller Flüssigkeits- und Gasbelastung, da der gasseitige Strömungsquerschnitt auch durch die Höhe der Einbauten bestimmt wird.
• Legt man die gleiche Strömungsgeschwindigkeit wie bei Gegenstromkolonnen zugrunde, so ergibt sich, daß die Höhe der Einbauten bzw. der Kolonne mit der Stufenhöhe D .4 4 relativ groß wird. Außerdem bietet der über die Matten rieselnde Flüssigkeitsfilm nur eine relativ kleine Oberfläche für den Stoffaustausch. Wenn man dagegen im turbulenten Gebiet zwischen oberer und unterer Grenzgeschwindigkeit arbeitet, wird ein großer Teil der Flüssigkeit mitgerissen und gelangt infolge der hohen Geschwindigkeit an den Gasübertrittsstellen in die darüber- liegende Etage oder Stufe, so daß das Konzentrationsgefälle erheblich beeinträchtigt wird.
• Die durch Prallwirkung an der Kolonnenwand abgeschiedenen Tropfen vermindern zwar diesen schädlichen Einfluß, der auch durch den Einbau von Abstreifvorrichtungen an der Kolonnenwand nicht beseitigt werden kann, weil die Überreißgrenze an der Gasübertrittsstelle erheblich überschritten wird.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile dadurch, daß in mehreren Etagen Füllkörper zwischen zwei konzentrischen, perforierten Wänden angeordnet sind, die durch horizontale Trennflächen unterteilt sind, und zwar derart, daß abwechselnd die innere und äußere freie Querschnittsfläche abgedeckt ist, wobei die Trennflächen im Bereich der Füllkörper konzentrische Lochreihen aufweisen.
• Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile: Die Gas- oder Dampfgeschwindigkeit auf der Ein- bzw.
• Austrittsseite der Ringschicht kann so gewählt werden, daß sie einerseits an der oberen Belastungsgrenze, andererseits unterhalb der unteren Grenzgeschwindigkeit liegt.
• Die im Kern der Ringzone herrschende Flutpunktbelastung sichert die vollkommene Mischung beider Komponenten und verteilt den Flüssigkeitsfilm auf die Füllkörper der äußeren Ringzonen bei reduzierter Gasgeschwindigkeit.
• Der gasseitige Übertritt von Stufe zu Stufe erfolgt auf der äußeren Ringfläche, also bei geringster Geschwindigkeit, so daß keine Minderung des Wirkungsgrades durch Überreißen von Flüssigkeitstropfen in die nächsthöhere Stufe erfolgt.
• Die Höhe H einer Stufe ergibt sich bei einem äußeren Durchmesser der Füllkörperschicht von O,ci D und Flächengleichheit mit dem Kolonnenquerschnitt aus: D2. 0,9 4 = 0,9 D GT H; H = - D2. 1 4 0,9 D :r Z 3,6 sie ist also unter gleichen Voraussetzungen erheblich geringer als bei den bekannten Ausführungen.
• Die hohe Strömungsgeschwindigkeit der gas- oder dampfförmigen Komponente im Kern der Füllkörpersäule ermöglicht es, eine Flüssigkeitsumwälzung in jeder Stufe zu erzielen, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.
• Die über jeder Stufe vorhandene neue Flüssigkeitsverteilung kann so ausgebildet werden, daß die Berieselung zonenweise von innen nach außen zunimmt, so daß auch bei kleinen Flüssigkeitsbelastungen stark berieselte Zonen vorhanden sind.
• Die Anwendung des Querstromprinzips bei kreisförmiger Füllkörperschicht wirkt sich besonders günstig bei Destillationsvorgängen unter Vakuum aus, wo hohe spezielle Dämpfebelastungen und geringe Flüssigkeitsbelastungen üblich sind. Die Wirkungsweise ist der eines Austauschbodens im Prinzip ähnlich, da in beiden Fällen zwischen Flüssigkeit und Dämpfen Quer- oder Kreuzstrom vorhanden ist, wobei lediglich die Strömungsrichtungen vertauscht sind. Der Erfindungsgegenstand vermeidet jedoch dank seiner veränderlichen Strömungsgeschwindigkeit ein Überreißen in die nächste Stufe und vollzieht den Stoffaustausch bei geringem Druckverlust.
• Durch Vergrößerung der Stufenhöhe kann der äußere Durchmesser der Kolonne reduziert werden, wodurch sich zahlreiche technische Vorteile (beim Transport und durch Vermeidung der Baustellenschweißung) ergeben.
• Die F i g. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele für einen Gaswäscher.
• In Fig. 1 tritt das auszuwaschende Gas bei 1 in den Wäscher ein und verläßt ihn bei 2.
• Die Waschflüssigkeit wird bei 3 aufgegeben und fließt unten bei 4 ab. Zwischen den beiden konzentrischen perforierten Wänden 5 und 6 sind Füllkörper 13 gelagert, die durch horizontale Trennflächen 7 und 8 derart unterteilt werden, daß die nicht mit Füllkörpern ausgesetzten Räume 9 und 10 wechselweise abgedeckt werden. Die Trennflächen 7 und 8 sind an den Stellen 11 und 12 im Bereich der Füllkörper mit konzentrischen Lochreihen versehen.
• Das eintretende Gas durchdringt zunächst die vom Boden 7 durch die Löcher 11 fließende Waschnüssigkeit, um durch den inneren Zylinder 5 und die Füllkörper 13 durch den äußeren Zylinder 6 in den freien Strömungsquerschnitt 10 zu gelangen. Hierbei werden die durch die perforierten Trennflächen 8 erzeugten Flüssigkeitsschleier von innen nach außen gedrängt. Das Gas trennt sich bei 6 von der Flüssigkeit, strömt durch den Ringraum 10 und wird durch den zwischen 7 und 8 vorhandenen Raum 14 wieder zum inneren Zylinder 5 geleitet, wo sich der Waschvorgang wiederholt. Der Gasstrom führt bei wachsender Geschwindigkeit im Raum 14 einen Teil der bei 12 durchregnenden Berieselungsflüssigkeit wieder den zwischen den Trennflächen 7 und 8 gelagerten Füllkörpern zu, so daß eine teilweise Flüssigkeitsumwälzung erfolgt, wie sie bei 15 angedeutet ist. Die zwischen den Trennfiächen 7 und 8 gelagerten Füllkörper bilden zusammen mit dem darunter befindlichen Tropfraum 14 eine Stufe. Während bei dieser Arbeitsweise die Gasumlenkung durch einen nicht mit Füllkörpern ausgesetzten Raum 14 erfolgt, zeigt die F i g. 2 die Gasumlenkung in einer geschlossenen Füllkörpersäule, bei der keine Zwischenräume vorhanden sind.
• Die Füllkörper lagern wiederum zwischen den perforierten, konzentrisch angeordneten Wänden 5 und 6, die durch horizontale Trennffächen 7 und 8 unterteilt sind und an den Stellen 11 und 12 im Be reich der Füllkörper konzentrische Lochreihen aufweisen.
• Die horizontalen Trennwände zwingen das Gas, den Füllkörper-Hohlzylinder im Querstrom zu durchdringen bei zu- und abnehmender Geschwindigkeit, wobei die Berieselung durch die perforierten Flächen bei 11 und 12 nach innen oder außen abgedrängt wird. Dabei findet bei zentripetaler Strömung eine entsprechende Flüssigkeitsumwälzung durch stärkeres Mitreißen statt. Der Gasübertritt in die nächste Stufe erfolgt jeweils auf der äußeren Ringfläche bei 6, so daß wie bei der Arbeitsweise nach F i g. 1 kein nennenswertes Mitreißen von Flüssigkeit von einer Stufe in die nächste erfolgt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Querstrom-Füllkörper-Kolonne, d a du r c h gekennzeichnet, daß in mehreren Etagen Füllkörper (13) zwischen zwei konzentrischen, perforierten Wänden (5 und 6) angeordnet sind, die durch horizontale Trennfiächen (7 und 8) unterteilt sind, und zwar derart, daß abwechselnd die innere und äußere freie Querschnittsfläche (9 und 10) abgedeckt ist, wobei die Trennflächen (7 und 8) im Bereich der Füllkörper bei (11 und 12) konzentrische Lochreihen aufweisen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fläche (8) mit nach innen abfallender Neigung ausgebildet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1086 673; Patentschrift Nr. 287 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands.