DE1254125B - Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 a - 5

Nummer: 1 254 125

Aktenzeichen: S 93948IV c/12 a

Anmeldetag: 28. Oktober 1964

Auslegetag: 16. November 1967

Gegenstand der Erfindung ist eine Stoffaustauschkolonne mit mindestens zwei jeweils mit einer oder mehreren rohrförmigen Austauschkammern für Flüssigkeit und Gas versehenen Böden, wobei die Kammern an einem Ende mit Einrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit und Gas, am anderen Ende mit Einrichtungen zur Abführung von Flüssigkeit und Gas versehen sind und die Kammern Einrichtungen aufweisen, die dem Gas eine rotierende Bewegung verleihen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für die Zufuhr von Flüssigkeit in die einzelnen Austauschkammern 2 eine oder mehrere Leitungen 7 vorgesehen sind, die innerhalb der rohrförmigen Austauschkammern 2 angeordnet und über einen Flüssigkeitsverschluß 10,11 an einen der darüberliegenden Böden 1 angeschlossen sind.

Es sind rohrförmige Austauschkammern bekannt, bei denen sich das Gas und die Flüssigkeit in gleicher Richtung bewegen, wobei die Flüssigkeit versprüht wird, um die Geschwindigkeit des Austauschvorgangs zu erhöhen. Die Rotation des Gases ist dabei von großer Bedeutung für die Abscheidung der Flüssigkeit.

In der Praxis, z. B. beim Destillieren in Ölraffinerien, nehmen oft sehr große Mengen an dem Austauschvorgang zwischen Gas und Flüssigkeit teil, und in solchen Fällen ist das Arbeiten mit den erwähnten rohrförmigen Austauschkammern sehr empfehlenswert, da dabei hohe Gasgeschwindigkeiten angewendet werden können. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es empfehlenswert, mehrere rohrförmige Austauscheinrichtungen mit geringem Durchmesser vorzusehen, anstatt einer einzigen Austauschkammer mit großem Durchmesser, denn bei gegebenem Wirkungsgrad muß eine rohrförmige Kammer mit großem Durchmesser länger sein als eine solche mit geringem Durchmeser. Ordnet man nun auf einem Kolonnenboden mehrere kleine Austauschröhren dicht nebeneinander an, so kann man bei viel geringerer Höhe die gleiche Menge an Produkt der gewünschten Beschaffenheit erzeugen als mit einem Boden, der nur eine einzige rohrförmige Kammer aufweist, deren Durchmesser so groß ist, daß der gleiche Wirkungsquerschnitt erreicht wird.

Selbstverständlich müssen die rohrförmigen Austauschkammern so dicht wie möglich angeordnet werden, was besondere Anforderungen an die Beschaffenheit der Einrichtungen für die Zu- und Abführung der Flüssigkeit bei der einzelnen Kammer stellt. Die Zu- und Abführeinrichtungen müssen nach Möglichkeit so ausgestaltet sein, daß mehrere Böden übereinander angeordnet werden können, da Stoffaustauschkolonne

Anmelder:

Shell Internationale Research

Maatschappij N. V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Willem Hendrik Manger,

Hendrik Verbürg, Amsterdam (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 30. Oktober 1963 (299 913)

meistens, beispielsweise bei der Destillation, der Austauschvorgang in mehreren Stufen durchgeführt werden muß, wenn man den gewünschten Trenngrad erreichen will. Die Erfindung zeigt einen Weg, der die Verwirklichung dieser Anforderungen auf einfache Weise ermöglicht.

Über die im Inneren der rohrförmigen Kammern angeordneten Zufuhrleitungen, die an einen der darüberliegenden Böden angeschlossen sind, wird die Flüssigkeit an die beabsichtigte Stelle geleitet. Die hierzu dienenden besonderen Einrichtungen können in einer ringförmigen Rille bestehen, die am Zufuhrende der oberen Kammer an deren Innenwand angeordnet ist. Das hindurchströmende Gas verteilt dann die Flüssigkeit über die Wand und trägt bei zu ihrem Versprühen. Innerhalb der Austauschkammer kann die Zufuhrleitung in axialer Stellung bleiben und in einer oder mehreren Sprühöffnungen enden, oder die Flüssigkeit kann auf eine kleine Prallplatte auffallen, die in geringer Entfernung unterhalb der Ausflußöffnung der Leitung senkrecht zu der Achse angeordnet ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß angeordneten und ausgestalteten Zufuhrleitungen kann eine größere Anzahl rohrförmiger Austauschkammern auf ein und demselben Boden sehr dicht nebeneinander angeordnet werden, da ja die Zuleitungen im Inneren der Kammern liegen.

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Die Zufuhrleitung kann an dem nächsthöhreren der Flüssigkeitsleitung(en), welche relativ zu dem

Boden oder auch an einem nocht weiter oben liegen- rohrförmigen Austauschraum in radialer Richtung

den Boden befestigt sein, wobei sie dann durch die verlaufen, einen stromlinienförmigen Querschnitt und

dazwischenliegenden rohrförmigen Kammern hin- sind relativ zu dem Gasstrom derart angeordnet, daß

durchgeführt ist. 5 ihr Widerstand gegenüber dem Gasstrom so klein

Die aus der einzelnen Austauschkammer abge- wie möglich ist. Form und Anordnung dieser Leitrennte Flüssigkeit rieselt an der Außenseite der rohr- tungsabschnitte hängt daher von der Art des in einer förmigen Kammer auf den betreffenden Boden herab gegebenen Austauschkammer herrschenden Gasstro- und wird dann über die erfindungsgemäßen Zufuhr- mes ab. Die Mittel, mit denen man die gewünschte leitungen den weiter unten liegenden Austauschein- io Ausgestaltung erreicht, sind jedem Fachmann gerichtungen zugeführt. läufig.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Zufuhrleitun- Im Hinblick auf eine weitere Vereinfachung im gen ist der einfache Zusammenbau der Kolonne, der Aufbau und in der Zusammenstellung derartiger Kodadurch ermöglicht wird, daß die Böden außerhalb lonnen ist es zweckmäßig, wenn der oder die Teile, der Kolonne zusammengestellt und dann fertig einge- 15 die dem Gas eine Drehbewegung erteilen, an der baut werden. Auf Grund dieses einfachen Aufbaues bzw. den Zufuhrleitung(en) befestigt sind. Ferner ist liegt es nahe, eine Kolonne zu bauen, bei der jeder es zweckmäßig, längs der Innenseite der rohrförmi-Boden nur eine einzige Austauscheinrichtung mit er- gen Austauschkammern vor dem oder den Teilen, findungsgemäßen Zufuhrleitungen enthält. Eine ein- die dem Gas eine Drehbewegung erteilen, ein oder zige Austauschkammer je Boden kann ausreichend so mehrere Hindernisse anzuordnen und diese Hindersein, wenn die Kolonne nur eine geringe Kapazität nisse an der oder den Zufuhrleitung(en) zu befestigen, haben soll. Diese Hindernisse dienen dazu, das Versprühen oder

Die Verbindung der einzelnen Flüssigkeitszuleitung Vernebeln der Flüssigkeit zu beschleunigen. Auf mit dem jeweiligen höheren Boden ist zweckmäßiger- Grund dieser Maßnahmen und Merkmale kann der weise innerhalb der Wand in der Nähe des Zufuhr- 35 ganze innere Mechanismus der rohrförmigen Kammer endes einer rohrförmigen Austauscheinrichtung auf leicht in einer gut zugänglichen Stellung aufgebaut diesem oberen Boden angeordnet. Auf diese Weise werden, und die Innenteile können dann auf Grund läßt sich eine Vereinfachung, die besonders im Auf- der Anordnung auf den Böden sehr leicht an den bau der Kolonne zur Wirkung kommt, erreichen, beabsichtigten Platz gebracht werden. Die Hinderdenn der Anschluß kann bereits vorgenommen wer- 30 nisse können auch an Einzelteilen angeordnet sein, den, während die rohrförmige Kammer noch nicht die dem Gas eine rotierende Bewegung verleihen. In auf dem Boden eingebaut ist. Die auf dem Boden diesem Fall können sie über den oder die Einzelteile vorhandene Flüssigkeit fließt dann durch die öffnung an der Zufuhrleitung befestigt sein,
in der Wand in die Zufuhrleitung ein und wird auf Beim Einbau der Flüssigkeitszufuhrleitungen nach diese Weise einer weiter unten angeordneten Aus- 35 der Erfindung mit oder ohne die oben näher bezeichtauschkammer zugeleitet. Man kann mehrere Wand- neten Modifikatoren oder Zusätze ist es von Voröffnungen mit einer zentralen Zufuhrleitung verbin- teil, wenn die rohrförmigen Austauschkammern, die den, es ist aber auch möglich, mehrere Wandöffnun- auf den Böden an korrespondierenden Stellen angegen an eine gleiche Anzahl Zufuhrleitungen anzu- ordnet sind, ungefähr senkrecht übereinanderstehen. schließen. Dies hängt von der zu verarbeitenden 40 Auf diese Weise lassen sich Knicke in den Zufuhr-Flüssigkeitsmenge ab. leitungen vermeiden, und außerdem kann das die

Um zu verhindern, daß die Flüssigkeit in der Zu- Austauscheinrichtung verlassende Gas die darüber-

fuhrleitung durch das Gas zurückgedrängt wird, muß liegende Austauscheinrichtung unter dem geringst-

man für einen Flüssigkeitsverschluß (»Siphon«) möglichen Widerstand erreichen,

sorgen. Es können zu diesem Zweck die verschieden- 45 Zur Zuführung von Flüssigkeit zu den auf dem

sten bekannten Einrichtungen verwendet werden, obersten Boden angeordneten Austauschkammern

z. B. ein Ring oder eine Kappe über der oder den kann man ebenfalls von Zufuhrleitungen nach der

Einlaßöffnung(en) der Leitungen. Liegen die An- Erfindung Gebrauch machen, indem man die einzel-

schlüsse für die Zufuhrleitungen in der Wand der nen Rohre an eine Flüssigkeitsleitung anschließt. Die

betreffenden Austauschkammer, so ist es von Vorteil, 50 Zufuhrleitungen können auch an eine nicht mit rohr-

wenn der Flüssigkeitsverschluß einen Teil der Flüs- förmigen Austauschkammern versehene Platte an-

sigkeitszuleitung selbst darstellt. Man kann dies er- geschlossen sein, auf der jedoch Flüssigkeit vorhan-

reichen, indem man die Leitung so ausgestaltet, daß den ist. Auf dieser Platte können um darin ange-

ein in der Nähe des Anschlusses an die Wand der brachte öffnungen herum ringförmige Wülste ange-

Austauschkammer gelegener Rohrabschnitt derart 55 ordnet sein, die den gleichen Durchmesser haben wie

gekrümmt ist, daß die Unterseite der Krümmung auf die Austauschkammern und innerhalb deren die An-

einer höheren Ebene liegt als die Oberseite des An- Schlüsse der erfindungsgemäßen Zufuhrleitungen für

Schlusses an die Wand. Auf diese Weise läßt sich die Austauscheinrichtungen auf dem obersten Boden

ein abdichtender Flüssigkeitsverschluß erhalten, ohne liegen.

daß ein besonderer Konstruktionsteil eingeführt wer- 60 Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher

den muß. erläutert.

Durch die einzelnen rohrförmigen Austauschkam- F i g. 1 zeigt im Längsschnitt zwei rohrförmige

mern streicht ein Gas, dem zusätzlich eine Dreh- Austauschkammern, die übereinander auf zwei Böden

bewegung erteilt wird. Der Widerstand oder die Be- angeordnet und mit Flüssigkeitszuleitungen nach der

hinderung, dem bzw. der der Gasstrom auf Grund 65 Erfindung versehen sind; darunter ist eine Kammer

der in der Kammer vorhandenen Zufuhrleitung aus- im Querschnitt dargestellt;

gesetzt ist, sollte soweit wie möglich verringert wer- F i g. 2 stellt, ebenfalls unter Beifügung eines Quer-

den. Vorteilhafterweise haben diejenigen Abschnitte Schnitts, einen Längsschnitt durch Teile von zwei

übereinander angeordneten rohrförmigen Austauscheinrichtungen gemäß einer besonderen Durchführungsform dar, die mit Flüssigkeitszuleitungen nach der Erfindung versehen sind;

F i g. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung im Längsschnitt, dem zwei Querschnitte entlang der Linien A-A und B-B beigefügt sind;

F i g. 4 zeigt im Längs- und im Querschnitt eine aus mehreren Böden aufgebaute Kolonne, wobei auf den einzelnen Böden eine Anzahl Austauschkammern angeordnet sind.

In F i g. 1 ist 1 ein Kolonnenboden. Im Inneren der Wand 2 der rohrförmigen Austauschkammern ist eine Flügelleitfläche 3 angeordnet. Das Gas tritt durch die öffnung 4 ein. Unterhalb der Flügelleitfläche 3 können Einrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeit angeordnet sein, beispielsweise weitere Flügelleitflächen oder Hindernisse an der Rohrwand. Ein Prallring 5 dient zum Abfangen der mit Hilfe von 3 abgetrennten Flüssigkeit, die an den Seiten der rohrförmigen Kammer 2 nach unten auf den Boden 1 rieselt. Durch die öffnung 6 wird die Flüssigkeit über die Leitung 7 der darunterliegenden Austauschkammer zugeführt. Im dargestellten Fall befindet sich diese letztere Austauschkammer zwei Böden unterhalb des Bodens, auf dem die betreffende Flüssigkeit sich sammelt. Die Leitung 7 kann jedoch auch in eine Austauschkammer einmünden, die noch tiefer angeordnet ist, oder sie kann gleich in der nächstunteren enden. Das Leitungsrohr 7 ist mit einer Ablauföffnung 8 versehen, die nahe der Wand 2 liegt. Im dargestellten Beispiel ist die Wand 2 versehen mit einer Rinne 9, in der sich die Flüssigkeit sammelt und aus der sie durch den Gasstrom nach oben geblasen wird. Die Unterseite der Rohrkrümmung 10 im Rohr 7 befindet sich auf einer höheren Ebene als die Oberseite der öffnung 6, so daß ein Flüssigkeitsverschluß erhalten wird.

F i g. 2 zeigt eine mehr symmetrische Anordnung der Zufuhröffnungen 6 längs des Umfanges der Wand 2. Die Flüssigkeitszuleitung 7 mündet hier in das Zentrum der rohrförmigen Austauscheinrichtung. Der nach oben gerichtete Gasstrom nimmt die Flüssigkeit in feinverteilter Form mit.

In F i g. 3 wird der Flüssigkeitsverschluß (»Siphon«) für die Zuleitung gebildet durch den vor den Ablauföffnungen 6 angeordneten Ring 11. Das Rohr 7 verzweigt sich zu mehreren Einzelrohren 12, wobei die öffnungen an den Enden der Einzelrohre nahe der Wand 2 liegen.

F i g. 4 zeigt im Längs- und im Querschnitt schematisch die Anordnung einer größeren Anzahl von Austauschkammern innerhalb einer Kolonne mit der Außenwand 13. Die Austauschkammern, die auf den einzelnen Böden in korrespondierender Stellung angeordnet sind, stehen nahezu senkrecht übereinander. Die Flüssigkeit, die aus der Austauschkammer über deren oberen Rand seitlich ausströmt, wird von der Unterseite des darüberliegenden Kolonnenbodens und der Unterseite der dort angeordneten Austauschkammer, die als Prallring wirken, abgefangen; sie fließt dann an der Kammerwand außen entlang und sammelt sich auf dem Kolonnenboden. Von dort tritt sie durch die Öffnungen in der Kammerwand in die Flüssigkeitszuleitung zur nächstunteren Austauschkammer ein und wird innerhalb dieser nach unten geleitet, wo sie durch das Gas, das am Boden einströmt und die übereinander angeordneten Austauschkammern durchstreicht, versprüht wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Stoffaustauschkolonne mit mindestens zwei jeweils mit einer oder mehreren rohrförmigen Austauschkammern für Flüssigkeit und Gas versehenen Böden, wobei die Kammern an einem Ende mit Einrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit und Gas, am anderen Ende mit Einrichtungen zur Abführung von Flüssigkeit und Gas versehen sind und die Kammern Einrichtungen aufweisen, die dem Gas eine rotierende Bewegung verleihen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr von Flüssigkeit in die einzelnen Austauschkammern (2) eine oder mehrere Leitungen (7) vorgesehen sind, die innerhalb der rohrförmigen Austauschkammern (2) angeordnet und über einen Flüssigkeitsverschluß (10,11) an einen der darüberliegenden Böden (1) angeschlossen sind.

2. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (6) der Leitungen (7) innerhalb der Wand der rohrförmigen Austauschkammer (2) dicht über dem Boden

(1) angeordnet ist.

3. Stoff austauschkolonne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverschluß in den Leitungen (7) aus einem Abschnitt (10) der Wand der Austauschkammer

(2) besteht, wobei dieser Abschnitt (10) derart gebogen ist, daß die Biegung auf einer höheren Ebene liegt als die Oberkante der Öffnung (6) in der Wand der Kammer (2).

4. Stoffaustauschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Flüssigkeitszuleitungen (7), die in radialer Richtung innerhalb der Austauschkammer (2) verlaufen, einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen und derart angeordnet sind, daß sie dem Gasstrom einen möglichst geringen Widerstand bieten.

5. Stoff austauschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gas eine rotierende Bewegung erteilenden Teile (3) an den Flüssigkeitszuleitungen (7) angeordnet sind.

6. Stoffaustauschkolonne nach Anspruchs, wobei längs der Innenseite der Wände der Austauschkammern und vor den dem Gas eine rotierende Bewegung erteilenden Teilen (3) ein oder mehrere Hindernisse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Hindernisse an den Flüssigkeitszuleitungen (7) befestigt sind.

7. Stoffaustauschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den einzelnen Böden (1) angeordneten rohrförmigen Austauschkammern (2) etwa senkrecht übereinander angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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