DE1419608C - Stoffaustauschkolonnen Boden - Google Patents
Stoffaustauschkolonnen BodenInfo
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Description
1 2
Stoffaustauschkolonnen, in welchen aufwärts strö- abhängig von den Dampf- und Flüssigkeitsströmungs-
mender Dampf mit abwärts fließender Flüssigkeit Verhältnissen — je eine Anzahl Abdeckungen zum
miteinander in engen Kontakt gebracht werden, Zulauf und zum Ablauf hin gerichtet sind,
werden bei Destillier-, Fraktionier- und Absorptions- Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil,
vorgängen verwendet und werden darüber hinaus 5 daß der Operationsbereich des Stoffaustauschkolonnen-
allgemein zur Beschleunigung chemischer Reaktionen Bodens wesentlich erweitert ist. Durch die variable
eingesetzt. Ausrichtung der Abdeckungen wird ferner eine we-
Es sind Kolonnen mit vertikal übereinander auge- sentliche Verbesserung des Stoffaustausches erzielt. Da
ordneten Lochböden bekannt, die Abflußrohre be- die Befestigung der Halter am Kolonnenboden lösbar
sitzen, durch welche die Flüssigkeit nach unten zum 10 ausgebildet ist, kann die Anzahl der zum Zulauf genächsten
Boden fließen kann. Bei anderen Böden richteten Abdeckungen bzw. die Anzahl der zum Abwiederum
werden keine Abflußrohre verwendet, lauf gerichteten Abdeckungen in ihrem Verhältnis zusondern
sowohl Flüssigkeit als auch Dampf treten einander variiert werden. Damit ist die Möglichkeit
durch die gleichen Öffnungen des Bodens. gegeben, eine ursprünglich getroffene Abdeckungs-
Weiterhin wurden Kolonnenböden mit im wesent- 15 anordnung nachträglich zu ändern und damit die
liehen parallel zum Boden liegenden Abdeckungen Strömungsverhältnisse auf der Bodenplatte neu ein-
solcher Öffnungen vorgeschlagen, auf denen diese Ab- zusteuern.
deckungen unlösbar mit dem Kolonnenboden ver- Wenn beispielsweise ein Gemisch mit einem relativ
bunden sind und stets die aufsteigenden Dämpfe in kleinen Flüssigkeits-Dampf-Verhältnis destilliert wer-
einer bestimmten Richtung, zum Zulauf oder zum 20 den soll, so wird man den Anteil der Abdeckungen, die
Überlauf hin umlenken. Der Zulauf kann in der Mitte die Dämpfe zu dem Zulauf hin umlenken, vergrößern,
des Kolonnenbodens liegen, und sämtliche Ab- Umgekehrt ist es durch die Erfindung möglich, bei
deckungen über den Bodenöffnungen weisen mit ihren großem Flüssigkeits-Dampf-Verhältnis den Anteil der-
Zungen zum Überlauf hin, oder die Zungen aller Ab- jenigen Abdeckungen zu erhöhen, der den Dampf zu
deckungen sind in einem bestimmten Winkel zum Zu- 25 dem Überlauf hinlenkt.
lauf und Überlauf angeordnet. Es sind aber auch Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
Lochböden mit auf konzentrischen Kreisen angeord- sind die Abdeckungen an Leistengliedern befestigt,
neten Öffnungen bekanntgeworden, deren Abdeckun- die lösbar auf dem Kolonpenboden zwischen benachgen
mit ihren Zungen zum zentral angeordneten Über- harten Öffnungsreihen angeordnet sind. Durch Lösen,
lauf oder aber gleichzeitig zum Überlauf und zum Ab- 30 Umdrehen und erneutes Befestigen eines oder mehrerer
lauf hinweisen. Alle diese bekannten Kolonnenböden Leistenglieder kann die gewünschte Anpassung an versind
jedoch jeweils nur für ein bestimmtes Mengen- änderte Betriebsbedingungen erreicht werden. Daverhältnis
der einander entgegenströmenden Phasen durch werden Zeitersparnisse beim Aufbau des Bodens
eingerichtet, entsprechend der Zahl und Gestaltung und bei Umrüstungen erzielt.
der Abdeckungen. Die Böden versagen oder erleiden 35 Unter Verwendung solcher Leistenglieder ist es beeinen
erheblichen Abfall ihres Wirkungsgrades schon sonders einfach, eine vorteilhafte Anordnung der Abbei
geringen Abweichungen von dem Mengenverhält- deckungen dadurch vorzunehmen, daß die Abdeckunnis,
das der Auslegung zugrunde gelegt wurde. Dem- gen der dem Bodenzulauf benachbarten öffnungsgemäß
sind Kolonnen mit derartigen Böden unge- reihen zum Bodenüberlauf (Bodenablauf), die Abeignet
für Versuchsanlagen, bei denen die apparativen 40 deckungen der dem Bodenüberlauf benachbarten
Bedingungen möglichst schnell und einfach den je- Öffnungsreihen zum Bodenzulauf und die Abdeckunweiligen
Versuchsbedingungen angepaßt werden sollen. gen der mittleren Öffnungen in Reihen wechselweise
Bei Verwendung der herkömmlichen Kolonnenböden zum Zulauf und zum Ablauf gerichtet sind. Die Anmüßte
man hierzu eine Vielzahl der unterschied- Ordnung ergibt in bezug auf den Kontakt und den
lichsten Bodentypen in Bereitschaft haben, um durch 45 Stoffaustausch besonders günstige Strömungsverhält-Austausch
desselben ohne Zeitverlust die apparativen nisse.
Bedingungen den wechselnden Flüssigkeits-Dampf- Der bevorzugte Durchmesser der Bodenöffnungen
Verhältnissen anpassen zu können. liegt bei 25,4 mm. Die Öffnungen können rund,
Zwar ist auch ein Gas- und Flüssigkeitskontakt- schlitzförmig oder vieleckig sein. Ein genaues Ausapparat
bekannt, bei dem die Durchflußöffnungen 50 richten — bei kreisförmigen Öffnungen Zentrieren —
in Abhängigkeit von dem im Turm herrschenden der Abdeckungen über den Öffnungen ist nicht er-Druckunterschied
mit Hilfe von Schwebeventilen forderlich. Die Größe der Öffnungen und die Größe
selbsttätig geregelt werden, doch wird durch diese der Abdeckungen können voneinander abweichen.
Konstruktion ebenfalls keine wirksame und vielseitige Daraus ergeben sich Vereinfachungen für die Kon-Anpassung
an unterschiedliche Behandlungsgemische 55 struktion.
und Flüssigkeits-Dampf-Verhältnisse erreicht, wie es In den Zeichnungen sind bevorzugte AusführungSi
zu Versuchszwecken erforderlich ist. beispiele der Erfindung am Beispiel einer Fraktionier-
Diese Anpassung wird nun erreicht, wenn ein Stoff- kolonne dargestellt. Es zeigt
austauschkolonnen-Boden mit einem Zulauf und einem F i g. 1 einen partiellen Vertikalschnitt durch die
Überlauf für Flüssigkeiten und Reihen voneinander 60 Kolonne und zwei Fraktionierböden, entsprechend
getrennter Öffnungen, über denen mittels am Boden Linie 1-1 in F i g. 2,
befestigter Halter im Abstand vom Boden Abdeckun- F i g. 2 einen Querschnitt durch die Kolonne ent-
gen im wesentlichen parallel zum Boden und in vor- sprechend Linie 2-2 in F i g. 1,
bestimmter Richtung ausgerichtet angeordnet sind, F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der Abverwendet
wird, bei dem erfindungsgemäß die Be- 65 deckungsbefestigung,
festigung der Halter (32, 58, 64) am Kolonnenboden F i g. 4 einen Querschnitt entsprechend der Linie 4-4
(6, 8) lösbar ausgebildet ist und die Abdeckungen (34, in F i g. 3,
56, 60, 62, 66, 68, 70, 72) so ausgerichtet sind, daß — F i g. 5 bis 11 verschiedene Formen der Öffnungen,
der Abdeckungen und deren Befestigung in perspektivischer Darstellung.
Die Kontaktvorrichtung oder die Kolonne 2 besteht aus dem senkrechten Mantel 4, einer Vielzahl
übereinander angeordneter Stoffaustauschkolonnen-Böden, von denen nur zwei, 6 und 8, dargestellt sind.
Der Boden 6 besitzt, mit der Bodenplatte verbunden, einen Zulauf 10 und einen Überlauf 14 für die Flüssigkeit.
An dem Boden 8 sind der Zulauf mit 12 und der Überlauf mit 24 bezeichnet. Die Böden entsprechen
der Bodenkonstruktion im gesamten Turm.
Mit dem Überlauf 14 des Bodens 6 ist der Abzug 16 verbunden, der sich nach unten in Richtung auf den
Zulauf 12 des Bodens 8 erstreckt. Vom Boden 8 abwärts zum Zulauf 18 des Bodens 20 erstreckt sich der
Abzug 22. Abwärts zum Zulauf 10 des Bodens 6 erstreckt sich der Abzug 26 eines nicht dargestellten
Bodens. Der Flüssigkeitsspiegel wird auf jedem Boden mittels der Überläufe oberhalb der Linie A gehalten.
Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit führt auf jedem Boden, wie in F i g. 1 durch Pfeile B angedeutet, vom
Bodenzulauf zum Bodenablauf.
Jeder Boden besitzt eine Vielzahl von Öffnungen 28, die in Reihen angeordnet sind; jede dieser Reihen
liegt rechtwinklig zu der durch die Pfeile B angedeuteten Strömungsrichtung. Die öffnungen 28 einer
Reihe sind gegen die öffnungen der benachbarten Reihen versetzt, wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich.
Die Abdeckungen zur Umlenkung des durch die öffnungen 28 aufsteigenden Dampfes erstrecken sich
im wesentlichen parallel zum Boden. Einzelheiten der in F i g. 1 und 2 über den öffnungen 28 erkennbaren
Abdeckungen sind aus F i g. 3 und 4 zu ersehen; sie sind dort mit 34 bezeichnet. Die Abdeckungen einer
Reihe 36 sind über Halter 32 mit einem Leistenglied 30 verbunden. Jedes Leistenglied besitzt, in Abständen
angeordnet, Gewindestifte 38 zur Aufnahme eines Spannstückes 40, das einen Schlitz 42 und einen
angeformten Haken mit den Schenkeln 46 und 48 aufweist. Der Haken greift in eine der Bodenöffnungen 28
ein. Durch an den Haltern 32 befestigte Greifer 50 mit den Schenkeln 52 und 54 läßt sich das. Leistenglied 30
im Zusammenwirken mit dem Spannstück 40 und einer Mutter 44 auf dem Boden lösbar befestigen. Die
Höhe der Halter 32 bestimmt den Abstand der Abdeckungen 34 vom Boden und damit die Änderung
des Druckabfalls gegenüber einem Boden mit nicht abgedeckten öffnungen.
Wie aus F i g. 1 und 2 weiter zu ersehen, ist der eine Teil der Abdeckungen zürn Bodenzulauf hin und der
andere Teil zum Bodenüberlauf hin gerichtet. Die Anzahl der jedem Teil zugeordneten öffnungen ist, wie
bereits erwähnt* abhängig von den Belastungsverhältnissen der Kolonne. In F i g. 2 sind die dem Zulauf 10
des Bodens 6 benachbarten drei Reihen mit Abdeckungen versehen, die zum Überlauf 14 hin gerichtet
sind; die Abdeckungen der deni Überlauf 14 benachbarten zwei Reihen sind zum Zulauf 10 und die der
mittleren vier Reihen wechselweise in Reihen zum Zulauf 10 und Überlauf 14 hin gerichtet.
Den in F i g. 3 mit 34 bezeichneten Abdeckungen entspricht der Form nach in- etwa die Abdeckung
gemäß Fig. 5; der Halter58 wird mit einer nicht
sichtbaren Verbindung am Boden über der Öffnung28a gehalten, die etwas kleiner ist als die Abdeckung.
Die Abdeckung 60 nach F i g. 6 hat eine längsgeriffelte Form. In F i g. 7 ist gezeigt, daß die Abdeckung
62 kleiner bzw. schmaler ausgeführt ist als die öffnung 286. Der Halter ist hier mit 64 bezeichnet.
Über den kreisförmigen öffnungen 28c nach F i g. 8
sind halbkreisförmige Abdeckungen 66 angebracht. Die öffnungen 2%d können, wie in F i g. 9 gezeigt,
quadratisch sein und quadratische Abdeckungen 68 besitzen. In Fig. 10 sind rechteckige öffnungen 28e
von rechteckigen Abdeckungen 70 überdeckt, in Fig. 11 sechseckige Öffnungen 28/ von sechseckigen
Abdeckungen 72. Die Form der öffnungen muß nicht mit der Form der Abdeckungen übereinstimmen, so
könnten über kreisförmigen öffnungen auch rechteckige Abdeckungen angeordnet sein.
Nach der Erfindung ist es möglich, eine Kolonne mit Glockenboden, in welcher die Aufsätze und Abgaseinsätze
entfernbar sind, strukturell durch einfache Entfernung der Einsätze und Installierung der beschriebenen
Abdeckungen über den Bodenöffnungen zu verändern.
Der Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit kann in einem weiten Bereich von Dampf- und Flüssigkeitsströmungsverhältnissen
erfolgen, während eine dauerhafte und wirksame Fraktionierung durch einfaches Verändern der Anzahl von Abdeckungen, die zum
Überlauf gerichtet sind, gegenüber denjenigen Abdeckungen, die zum Zulauf gerichtet sind, aufrecht
erhalten werden kann.
Beispielsweise betrug in einer Kolonne, die mit einem hohen Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis betrieben
wurde, die Anzahl der Abdeckungen, die zum Überlauf gerichtet waren, 50 bis 55°/0 aller Abdeckungen,
während die übrigen Abdeckungen zum Zulauf gerichtet waren. Dagegen wird in einer Kolonne, in der
niedrige Dampfgeschwindigkeiten und sehr hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten auftreten, eine größere
Anzahl von Abdeckungen zuni Überlauf gerichtet.
In einer trockenen Kolonne mit einem Durchmesser
von etwa 2,75 m, die einerseits mit Aufsätzen und Abzügen ausgestattet war (als konventionelle Glockenbodenkolonne)
und bei der andererseits die Aufsätze und Abzüge durch Abdeckungen gemäß der Erfindung
ersetzt wurden, wurden die folgenden in Tabelle I aufgeführten Vergleichszahlen erhalten.
Tabelle I
Druckgefälle von Testböden
Druckgefälle von Testböden
Ausgerüstet mit Abdeckungen gemäß der Erfindung |
Trocken- | Ausgerüstet mit | : -cm* | Bodenglocken |
Kolonnen- | Trocken- | |||
Luftdurchsatz/ | boden-Druck- | 10a | Kolonnen- | |
Kolonnenfläche | gefälle in | Luftdurchsatz/ | 10* | boden-Druck- |
cm3/sec · cm* | Atmosphären | Kolonnenfläche | 102 | gefälle in |
0,001229 | cm'/set | 10* | Atmosphären | |
2,0 -102 | 0,002458 | 10a | 0,001229 | |
2,52 · 10* | 0,003367 | 1,73 | 0,002458 | |
2,85 · 10* | 0,004301 | 2,14 | 0,003687 | |
3,15 · 102 | 0,005530 | 2,48 | 0,004916 | |
3,45 · 10a | 2,80 | 0,006145 | ||
3,09 |
Tabelle II zeigt das Druckgefälle von Testböden mit Abdeckungen bei einem Luft-Wasser-System und
verschiedener Flüssigkeitsströmung pro Kubikmeter Überlauf.
102 102 102 102 |
Tabelle | 11 | Druckgefälle in Atmosphären bei 9900 m3/Std. · „i |
|
Druckgefälle Atmosphären 7360 m7Std. |
in bei m |
0,005948 0,006587 0,007226 0,007865 |
||
Luftdurchsatz/ Kolonnenfläche cm'/scc ■ cm2 |
0,005210 0,005850 0,006464 0,007079 |
|||
1,56 2,56 3,15 3,59 |
Erfindungsgemäß kann der Flüssigkeitsgradient, dessen Höhe bei Glockenbödenkolonneji großen
Durchmessers oftmals ein Problem darstellt, auf den gewünschten Wert zurückgeführt werden, indem eine
größere Zahl von Abdeckungen zum Überlauf gerichtet wird. Auch liegt es im Bereich der Erfindung,
die Abdeckungen in solchen Böden vorzusehen, die noch über einigen öffnungen die Glocken und Abzüge
aufweisen, um den Flüssigkeitsgradienten herabzusetzen und somit die Wirksamkeit der Abdeckungen
zu verbessern. Auch können in einer Kolonne mit Lochböden die Flüssigkeit und der Dampf periodisch
neu verteilt werden, indem die Böden nur abwechselnd mit den neuen Abdeckungen ausgestattet werden. So
kann jeder fünfte oder jeder dritte mit den neuen Abdeckungen versehen werden, um eine vollständige
Kontrolle der Flüssigkeit und des Dampfes aufrechtzuerhalten. Die Abdeckungen nach der Erfindung
können daher wirksam bei Lochböden verwendet werden, die keine Abzugsrohre besitzen.
Auf Grund der leichten Beweglichkeit der die Abdeckungen tragenden Leisten kann das Flüssigkeitsniveau auf jedem Boden gesteuert und damit ein
inniger Kontakt der Flüssigkeit mit dem Dampf aufrechterhalten werden.
Die Lösbarkeit der Abdeckungen bzw. der Leisten erleichtert nicht nur die Einsteuerung des Flüssigkeitslaufes über den Boden, sondern auch die Reinigung.
Die Reinigung kann bei großen Kolonnen durch teilweise Entfernung eines Teils des Bodens weiter vereinfacht
werden. Hierzu kann eine Trennfuge 88 (F i g. 2) angeordnet sein.
Claims (3)
1. Stoffaustauschkolonnen-Boden mit einem Zulauf und einem Überlauf für Flüssigkeiten und
Reihen voneinander getrennter öffnungen, über denen mittels am Boden befestigter Halter im Abstand
vom Boden Abdeckungen im wesentlichen parallel zum Boden und in vorbestimmter Richtung
ausgerichtet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Halter (32, 58, 64) am Kolonnenboden (6, 8)
lösbar ausgebildet ist und daß die Abdeckungen (34, 56, 60, 62, 66, 68, 70, 72) so ausgerichtet sind,
daß — abhängig von den Dampf- und Flüssigkeitsströmungsverhältnissen
— je eine Anzahl Abdeckungen zum Zulauf und zum Ablauf hin gerichtet sind.
2. Stoffaustauschkolonnen-Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen
an Leistengliedern (30) befestigt sind, die lösbar auf dem Kolonnenboden (6, 8) zwischen benachbarten
Öffnungsreihen angeordnet sind.
3. Stoffaustauschkolonnen-Boden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen der dem Bodenzulauf benachbarten
Öffnungsreihen zum Bodenüberlauf, die Abdeckungen der dem Bodenüberlauf benachbarten Öffnungsreihen
zum Bodenzulauf und die Abdeckungen der mittleren öffnungen in Reihen wechselweise
zum Zulauf und zum Ablauf gerichtet sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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