DE1444376B2 - Stoffaustauschkolonne mit gelochten horizontalen Zwischenbodenplatten - Google Patents

Description

Aus der US-PS 22 74 041 ist eine Stoffaustauschkolonne mit gelochten horizontalen Zwischenbodenplatten, die an der Kolonnenwand mit Hilfe von Stützvorrichtungen abgestützt sind, bekannt, bei welcher ähnlich wie bei den Löchern der Platte auch zwischen der Kolonnenwand und dem Plattenrand eine Flüssigkeitsdichtung vorgesehen ist, die durch einen nach oben abstehenden Umfangsflansch der Platte und einen darüber gestülpten, an der Kolonnenwand befestigten und von dieser nach innen abstehenden Flanschrand gebildet wird. Damit sind die einzelnen Zwischenbodenplatten an ihrem Umfang dicht mit der Kolonnenwand verbunden.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich die Stoffaustauschleistung solcher Kolonnen erhöhen läßt, wenn erfindungsgemäß die Zwischenbodenplatten mit einem bis zu ihrem Rand durchgehenden Lochmuster versehen sind und zwischen dem Rand der Zwischenbodenplatten und der Kolonnenwand ein nicht abgedichteter Spalt von 1 bis 20 mm vorgesehen ist.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Spalt zwischen den einzelnen Platten und der Kolonnenwand wird eine freie Verbindung zwischen dem Raum über und dem Raum unter den einzelnen Platten geschaffen und so ein intensiver Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit bis an die Kolonnenwand gewährleistet. Dadurch wird die den Stoffaustausch herbeiführende Wirkung der Zwischenboden erheblich vergrößert. Durch das Abgehen von den bisherigen Konstruktionen, die bewußt eine dichte Verbindung zwischen Kolonnenwand und Platten vorsehen, wird also eine merkliche Kapazitätssteigerung bei gleicher Austauschleistung oder eine erhöhte Austauschleistung bei gleicher Kapazität erzielt. Bei der erfindungsgemäßen Kolonne wurde festgestellt, daß die Flüssigkeit, die durch den Spalt zwischen Platte und Kolonnenwand hindurchtritt, sofort oder nahezu sofort durch das in der darunter befindlichen Kolonnenkammer aufsteigende Gas von der Kolonnenwand weggeblasen und in kleine Tröpfchen zerstäubt wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene Spalt fördert ferner die Ausbildung eines homogenen Flüssigkeits-Gasbettes auf den Platten, das in seiner Höhe wesentlich gleichmäßiger bleibt als bei Kolonnen bekannter Bauart.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spaltbreite etwa zwischen 3 und 10 mm gewählt wird. Die einzelnen Platten sollten so ausgebildet sein, daß sie sich nicht verziehen. Wenn sie nicht entsprechend stark ausgebildet werden können, sondern, wie dies aus manchen Gründen vorteilhaft ist, aus relativ dünnem Material bestehen, ist es ratsam, die Platten auf der Unterseite mit Verstärkungselementen zu versehen, beispielsweise mit konzentrischen Ringen oder zwei oder mehreren radialen Rippen. Um dabei die Bewegung der Flüssigkeit und des Gases entlang den Plattenkanten so wenig wie möglich zu behindern, ist es vorteilhaft, einen ringförmigen Rand der Platte, in einer Breite von V20 bis '/3, vorzugsweise Vio bis Vs des Plattendurchmessers, frei oder im wesenlichen frei von den Verstärkungselementen zu halten.

Es ist gleichfalls wichtig, daß dieser ringförmige Rand flach ist, denn es wurde festgestellt, daß Platten mit nach oben gebogenem Rand zu weniger guten Ergebnissen führen, da die Flüssigkeit in diesem Falle vorzugsweise vom mittleren Teil der Platte abgegeben wird, während bei einem nach unten gebogenen Rand mehr Flüssigkeit am Rand durchtritt.

Die Platten können beispielsweise von perforierten Metallplatten abgeschnitten werden. Mit der Kante zusammenfallende Perforationen beeinträchtigen hierbei die Leistung nicht. Die Platten sind nicht nur leicht herzustellen, sondern können auf Grund des Spaltes auch t leicht eingebaut werden. Darüber hinaus wurde festge- *■ stellt, daß mit Platten gemäß der Erfindung im Vergleich zu den in herkömmlicher Weise abgedichteten Platten eine wesentlich höhere Kapazität erreicht werden kann, und zwar selbst dann, wenn die Gesamtoberfläche der Löcher gleich ist. Die Kapazitätserhöhung, die in vielen Fällen 20 bis 30% und mehr beträgt, bedeutet, daß in einer bereits bestehenden Kolonne die Produktion mit einfachen Mitteln entsprechend gesteigert werden kann. Bei Neukonstruktionen reicht eine Kolonne mit einem 20 bis 30% kleineren Durchmesser für die gleiche Leistung.

Um den größtmöglichen Nutzen zu ziehen, ist es vorteilhaft, wenn die die Platten tragenden Unterstützungen die Plattendurchgänge und den Spalt zwischen Platten und Säulenwand so wenig wie möglich blockieren. Im allgemeinen erzielt man gute Ergebnisse, wenn die Platten von Unterstützungen getragen werden, welche pro Platte weniger als 50% des Plattenumfangs einnehmen. In der Regel werden Stützelemente verwendet, die weniger als 25% und vorzugsweise weniger als 10% des Plattenumfangs einnehmen. Es ist gleichfalls ratsam, die Stützen in möglichst regelmäßigen Abständen entlang der Säulenwand vorzusehen. Eine einfache Form von Stützen, die nur einen geringgen Teil des Plattenumfangs einnehmen, besteht aus Vorsprüngen, die an der Kolonnenwand befestigt sind.

Die Stützen können auch die Form von Stangen haben, welche an einem Ende die Platte tragen und mit dem anderen Ende auf an der Kolonnenwand angebrachten Vorsprüngen oder Ringen ruhen. Diese Ausführung ist in solchen Fällen von besonderer Bedeutung, in denen bestehende Kolonnen, die bereits mit Stützringen versehen sind. Verwendung finden sollen. Um soweit wie möglich jegliche negative Wirkung der Stützringe auf die Bewegung der aufsteigenden Gase und/oder der nach unten fließenden Flüssigkeiten zu vermeiden, ist die Länge der Stangen vorzugsweise so gewählt, daß zwischen den Ringen und den Platten ein ausreichender Abstand besteht. Dies ist dann der Fall, wenn sich der Ring außerhalb des Raums befindet, den ein Kegel mit einem Basiswinkel von 60° begrenzt, wobei die Basis entweder von der Ober- oder von der Unterseite der Platte gebildet wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Stützen sind

radiale Rippen an der Unterseite der Platten vorgesehen, welche auf an der Wand befestigten Vorsprüngen oder Ringen abgestützt sind.

In Kolonnen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser, wie sie z. B. in der chemischen Industrie häufig verwendet werden, können die Platten durch Befestigung an einer oder mehreren Stangen in der Kolonne gehalten werden.

Um Verwerfungen zu vermeiden, können stärkere Platten verwendet werden, oder die Platten können entlang ihren Rändern verstärkt werden, z. B. durch einen Flansch, der einen Winkel von 45° oder weniger mit der Unterseite der Platte bildet. Der Flansch, der vorzugsweise mit Öffnungen versehen ist, kann ganz einfach dadurch gebildet werden, daß man den Rand der Platte umbiegt.

Die F i g. I bis IV und Vl bis VII zeigen einige spezielle Ausführungsbeispiele für diese Plattenunterstützung.

In F i g. I zeigt eine Kolonne 1, in welcher zwei Siebplatten 2 angebracht sind, die auf Vorsprüngen 3 abgestützt sind und einen Spalt 4 zwischen Platte und Kolonnenwand freilassen.

In F i g. Il sind in der Kolonne 5 Platten 6 und 7 angebracht, die von sich auf den an der Kolonnenwand befestigten Ringen 10 und 11 abstützenden Stangen 8 und 9 getragen werden. Die Lage der Platte 7 in bezug auf den Ring 11 wird der Lage der Platte 6 in bezug auf den Ring 10 vorgezogen, weil im ersteren Fall der Ring wegen seiner größeren'Entfernung von der Platte weniger Einfluß auf die Bewegung des Gases und der . Flüssigkeit ausüben kann.

In Fig. III sind in der Kolonne 12 zwei Platten 13 vorgesehen, auf derer! Unterseite radiale Rippen 14 und 15 ausgebildet sind. Diese Rippen stützen sich auf an der Wand befestigten Vorsprüngen 16 ab. Ein Teil der Rippen 15 wurde entfernt, so daß der Rand der Platte frei von Dichtungsmaterial ist.

In Fig. IV sind in der Kolonne 17 zwei Platten 18 eingebaut, die von mit einem Ende an einem Stützring 19 unter den Platten befestigten Stangen getragen werden. In diesem Fall stützen sich die Stangen auf an der Säulenwand angebrachten Vorsprüngen 20 ab.

Bei einem Versuch mit zwei Kolonnen mit einem Innendurchmesser von 1 m, in welchen eine Mischung aus Benzin und Toluol bei atmosphärischem Druck und vollständigem Rückfluß destilliert wurde, wurden in einer Kolonne zwei Siebplatten ohne Gasabzugsrohre auf einem 45 mm breiten Stützring angebracht; die offene Fläche betrug 14% des Kolonnenquerschnitts. In der anderen Kolonne befanden sich gemäß der Erfindung zwei Siebplatten mit dem gleichen Lochmuster, die auf vier an der Wand befestigten Vorsprüngen abgestützt wurden. Entlang der Kolonnenwand wurde in diesem Fall ein 3 mm breiter Spalt freigelassen. Um einen echten Vergleich zu gewährleisten, wurde die offene Fläche (Plattenöffnung + Spaltfläche) ebenfalls auf 14% des Kolonnenquerschnitts gebracht, und zwar durch Blockierung einer Anzahl gleichmäßig über die Plattenoberfläche verteilter Öffnungen.

Die Versuchsergebnisse zeigten, daß die Kapazität der Platte gemäß der Erfindung etwa 30% über der der Platte mit dem Stützring liegt.

Zu Versuchszwecken wurden in der gleichen Kolonne auch Untersuchungen mit Wasser-Luft vorgenommen, mit Platten A, die auf einem 45 mm breiten Stützring ruhten, mit Platten B, die von vier Vorsprüngen abgestützt wurden, wobei der Plattenrand die Säulenwand berührte, und mit Platten C, die wie die Platten B gebaut waren, bei denen jedoch ein 3 mm breiter Spalt zwischen Plattenkante und Kolonnenwand freigelassen war.

F i g. V zeigt das Druckgefälle Y über die drei Arten von Platten als Funktion der Dampfbelastung X (Abszissen- und Ordinatenziffern in linearem Maßstab). Es ist ersichtlich, daß bei gleicher Dampfbelastung das Druckgefälle beim Plattentyp C(s. Kurve Q am niedrigsten ist und in der Reihenfolge der Platten B(s. Kurve B) und A (s. Kurve -4) ansteigt. Folglich liegt die maximale Dampfnutzlast (Kapazität) bei der Platte A mit dem Stützring bei einer niedrigeren Dampfbelastung als bei der Platte B. Die Kapazität der Platte C mit einem Spalt erweist sich als höher als die der Platte B. Die maximalen Dampfnutzlasten der Platten A, B und C sind durch die Pfeile a, b bzw. c gekennzeichnet. Aus der Position dieser Punkte geht hervor, daß die Kapazitäten der Platten B bzw. C erheblich höher sind als die der Platte A, und zwar beträgt der Unterschied 30 bzw. 40%.

Nach F i g. VI sind in einer Kolonne 21 zwei Siebplatten 22 angeordnet, die an einer Stange 23 befestigt sind und einen Spalt 24 zwischen Platte und .Kolonnenwand freilassen. Die Platten sind auf der Unterseite mit konzentrischen Stützringen 25 versehen, deren Höhe geringer ist als der Abstand von der Plattenkante, so daß die Ringe vollkommen innerhalb des vom Kegel 26 — mit einem Basiswinkel von 45° und einer aus der Unterseite der Platte bestehenden Basis — begrenzten Raumes liegen.

F i g. VII sind in der Kolonne 27 zwei an der Stange 28 befestigte Platten 29 vorgesehen, welche durch einen Flansch 30 verstärkt sind, der mit Öffnungen versehen ist und einen Winkel von 45° mit der Unterseite der Platte bildet.

In Fig. VIII sind in der Kolonne 31 drei radiale an der Stange 34 befestigte Rippen 33 unter den Platten 32 angebracht.

Bei Versuchen mit zwei der in den F i g. VI bis VIII gezeigten Kolonnen mit einem Innendurchmesser von 45 cm, in denen eine Mischung aus Benzin und Toluol bei atmosphärischem Druck und vollständigem Rückfluß destilliert wurden, waren in einer der Kolonnen zwei Siebplatten ohne Gasabzugsrohre angebracht, und die Ränder der Platten waren entlang der Kolonnenwand über eine Breite von 2 cm abgedichtet; die offene Fläche betrug 14% des Querschnitts. In der anderen Kolonne waren gemäß der Erfindung zwei Siebplatten mit dem gleichen Lochmuster derartig an einer axialen Stange angebracht, daß entlang der Kolonnenwand ein 1 mm breiter Spalt freigelassen war. Um einen echten Vergleich zu gewährleisten, war die gesamte offene Fläche (Plattenöffnungen + Spaltfläche) ebenfalls auf 14% des Kolonnenquerschnitts gebracht, und zwar durch Blockierung einer Anzahl über die Plattenoberfläche verteilter Öffnungen.

Die Versuchsergebnisse sind in den F i g. IX und X graphisch dargestellt (linearer Maßstab für Abszissen- und Ordinatenziffern). Die Kurve 1 zeigt die Veränderungen der Leistung Y der abgedichteten Platte als Funktion der Dampfbelastung X und Kurve 2 die der Platte gemäß der Erfindung. Aus dem Verlauf dieser Kurven geht hervor, daß das Vorhandensein des Spaltes die Leistung kaum negativ beeinflußt. In Fig. IX zeigen die Pfeile a und b die maximale Dampfnutzlast (Kapazität) für jeden Plattentyp an. Es ist ersichtlich, daß die Kapazität der Platte gemäß der Erfindung etwa

30% höher liegt als die der Platte mit Abdichtung. Bei höherem Dampfbelastungen sinkt die Leistung ganz merklich ab.

Aus den Kurven 3 und 4, die das Druckgefälle Yüber die zwei Plattentypen als Funktion der Dampfbelastung X darstellen, ist auch ersichtlich, daß das Druckgefälle bei der Platte gemäß der Erfindung (Kurve 4) erhebjich niedriger liegt als bei der Platte mit Abdichtung (Kurve3). . ■'.""' ""■'.>■·■ '■ '

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Stoffaustauschkolonne mit gelochten horizontalen Zwischenbodenplatten, die an der Kolonnenwand mit Hilfe von Stützvorrichtungen abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbodenplatten mit einem bis zu ihrem Rand durchgehenden Lochmuster versehen sind und daß zwischen dem Rand der Zwischenbodenplatten und der Kolonnenwand ein nicht abgedichteter Spalt von 1 bis 20 mm vorgesehen ist.