DE1444377B2

DE1444377B2 - Vorrichtung zum inberuehrungbringen und anschliessenden wiedertrennen von fluessigkeiten und gasen

Info

Publication number: DE1444377B2
Application number: DE1963S0087065
Authority: DE
Inventors: Carolus Johannes; Manger Willem Hendrik; Amsterdam Hoogendoorn
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1962-09-05
Filing date: 1963-09-03
Publication date: 1976-08-05
Also published as: DE1444377A1; BE636933A; CH431457A; US3296774A; GB1055913A; FI41738B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Inberührungbringen und anschließendem Wiedertrennen von Flüssigkeiten und Gasen mit einer rohrförmigen Kammer, einer darinnen angeordneten Vorrichtung zum Mischen des am einen Kammerende zugeführten Gasstromes mit der ebenfalls an diesem Kammerende zugeführten Flüssigkeit sowie einem in Strömungsrichtung darauffolgenden Lamellenboden zum Wiedertrennen der Flüssigkeit vom Gasstrom durch Erzeugen einer Drehbewegung des Gemisches.

Es ist bereits eine Vorrichtung dieser Art bekannt (US-PS 28 08 897), bei der nahe dem Gaseinlaßende der Kammer ein Lamellenboden angeordnet ist, durch welchen das Gas in der Kammer in eine drehende Bewegung versetzt wird. An diesem Lamellenboden wird über Löcher in den Lamellen oder über einen Zerstäuber in der Mitte des Lamellenbodens die Flüssigkeit zugeführt, die durch den sich drehenden Gasstrom in feine Tröpfchen verteilt wird und wodurch ein guter Stoffaustausch mit einer großen Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und Gas erreicht wird. Anschließend muß die Flüssigkeit wieder von dem Gas getrennt werden und zwar möglichst schnell und vollständig, wie dies beispielsweise bei der fraktionierten Destillation angestrebt wird. Diese Trennung erfolgt bei der bekannten Vorrichtung wieder durch die drehende Bewegung des Gases. Die Tröpfchen werden hierbei gegen die Kammerwand geschleudert und die hierbei entstehende Flüssigkeitsschicht kann über Löcher oder Schlitze in der Kammerwand abströmen, während das Gas die Kammer über deren Austrittsende verläßt. Um diese Trennung noch zu verbessern, ist bei der bekannten Vorrichtung noch ein weiterer Lamellenboden kurz vor dem Austrittsende der Kammer angeordnet wodurch die Drehbewegung des Gases erneut verstärkt wird.
Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt also sowohl das Inberührungbringen der Flüssigkeit mit dem Gas als auch die Wiedertrennung jeweils durch die drehende Bewegung des Gasstromes. Damit ist der Wirkungsgrad des Stoffaustausches begrenzt. Durch den nachgeschalteten zweiten Lamellenboden zur Vorstärkung der Trennung wird außerdem ein unerwünscht hoher Druckabfall erreicht.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß für den eigentlichen Stoffaustausch ein anderes Prinzip verwendet als für die anschließende Wiedertrennung der Flüssigkeit von dem Gas und-tiies wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Mischvorrichtung durch auf der Kammerinnenwand angebrachte Vorsprünge gebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt also der eigentliche Stoffaustausch und das Inberührungbringen von Flüssigkeit und Gas im Bereich der Vorsprünge. Die am Eintrittsende der Kammer zugeführte Flüssigkeit wird durch den Gasstrom längs der Kammerwand und an den Vorsprüngen vorbeigeblasen und damit an diesen Vorsprüngen gleichzeitig zerstäubt. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß bereits eine sehr feine Zerstäubung schon bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Gases von 3 m/s eintritt und zwar bei Kohlenwasserstoffen mit einer Dampfdichte von 4 kg/m³. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die Vorsprünge in Form von netzartig auf der Innenwand der Kammer verteilte Leisten sind, so daß die Flüssigkeit ohne Rücksicht auf die Richtung des Gasstromes längs der Kammerwand an den Vorsprüngen vorbei nach oben gedrückt und dabei zerstäubt wird. Selbstverständlich können auch zugespitzte Fortsätze, einzelne Leisten oder durchgehende gewendelte Leisten oder mehrere derartige gewendelte Leisten vorgesehen sein. Die Vorsprünge könnten auch durch Ausformungen oder Auswölbungen der Kammerwand gebildet sein. Aus konstruktiven Gründen ist es zweckmäßig, diese Leisten rechtwinklig zur Wand anzubringen. Die Höhe der Leisten richtet sich nach der Dicke des Flüssigkeitsstromes. Besonders günstige Ergebnisse werden erreicht, wenn die Höhe dieser Leisten zwischen 1% und 20% des kleinsten Durchmessers der Kammer gewählt wird.
Die Zuführung der Flüssigkeit am Eintrittsende der Kammer kann an sich in jeder üblichen bekannten Weise, beispielsweise durch einen in der Mitte des Kammerquerschnitts angeordneten Einlaß erfolgen. Ein besonders einfacher Übergang der Flüssigkeit auf die Kammerwand wird jedoch erreicht, wenn die Flüssig-

keitszufuhr über Löcher erfolgt, die in Strömungsrichtung vor den Vorsprüngen in der Kammerwand ausgebildet sind. Hierbei gelangt nämlich die Flüssigkeit unmittelbar von den Löchern auf die Innenfläche der

Cammer und kann hier durch den Gasstrom längs der /orsprünge Weiterbewegt werden. Eine besonders gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf der Cammerinnenwand ergibt sich, wenn diese Löcher in gleichmäßigen Umfangsabständen kranzförmig auf der L<.ammerinnenwand ausgebildet sind. Selbstverständlich cann die Flüssigkeitszufuhr auch einfach über einen in der Kammerwand ausgebildeten Schlitz erfolgen.

Die Trennung der Flüssigkeit vom Gas erfolgt bei der ;rfindungsgemäßen Vorrichtung in an sich bekannter Weise über den nachgeordneten Lamellenboden, durch welchen der Gasstrom in Drehung versetzt wird und wodurch die Flüssigkeitströpfchen des Gemisches durch die Fliehkraftwirkung nach außen auf die Kammerwand geschleudert werden. Selbstverständlich erfolgt auch in diesem Bereich immer noch ein gewisser Stoffaustausch zwischen Flüssigkeit und Gas. Die Flüssigkeit sammelt sich auf der diesem Lamellenboden nachfolgenden Kammerwand, die im allgemeinen eine Länge von etwa dem halben bzw. ganzen Durchmesser der Kammer besitzt. Die sich hier sammelnde Flüssigkeit wird über den Rand der Kammer seitlich nach außen geschleudert und dort aufgefangen und abgeführt. Eine besonders gute Trennung wird erreicht, wenn im Abstand gegenüber dem Austrittsende der Kammer ein Ring mit einem auf das Kammeraustrittsende vorspringenden Rohrstutzen angeordnet wird, dessen Querschnitt kleiner als derjenige der Kammer gewählt ist. Damit kann die restliche Flüssigkeitsmenge in dem durch diesen Rohrstutzen abströmenden Gas um das Zehnfaehe verringert werden. Das günstigste Verhältnis zwischen dem kleinsten Innendurchmesser des Rohrstutzens und dem kleinsten Innendurchmesser der Kammer liegt etwa zwischen 0,8 bis 0,95 und der Abstand zwischen dem unteren Ende des Rohrstutzens und dem gegenüberliegenden Rand der Kammer wird vorzugsweise im Bereich vom 0,1 fachen bis 0,4fachen des Durchmessers der Kammer gewählt. Wenn für den Rohrstutzen ein kleinerer Durchmesser gewählt wird, wird zwar die vom Gasstrom mitgerissene Flüssigkeitsmenge kleiner, jedoch nimmt auch der dem Gasstrom entgegengesetzte Strömungswiderstand zu. Die richtige Wahl der Abmessungen hängt von den Bedingungen ab, unter denen die Flüssigkeit mit dem Gas in Berührung gebracht werden soll, z. B. von der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, der Geschwindigkeit der Flüssigkeitszufuhr und dem gewünschten Ausmaß des Stoffaustausches.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können parallel oder in Reihe hintereinander geschaltet werden. Bei der Parallelanordnung können zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden. Der Wirkungsgrad der Trennung kann dadurch erhöht werden, daß in bekannter Weise mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zu einer Kolonne gleichachsig hintereinander angeordnet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert

F i g. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig.2 zeigt Schnitte längs der Linien A-A und B-B nach F i g. 1;

F i g. 3 zeigt eine weitere Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 umfaßt eine zylindrische Kammer 1, an deren unterem Ende über die Löcher 3 in der Kammerwand die über die Leitung 2 zugeführte Flüssigkeit eingeführt wird. Die Löcher 3 sind in gleichmäßigen Umfangsabständen längs der Kammerwand angeordnet An Stelle des Kreisquerschnittes für die Kammer kann auch ein vieleckiger Querschnitt, beispielsweise ein sechseckiger Querschnitt, vorgesehen sein. Das Gas wird am offenen Einlaßende der Kammer in Richtung des Pfeiles 4 zugeführt Die über die Löcher 3 zugeführte Flüssigkeit wird von dem Gasstrom mitgerissen und trifft hierbei auf die Vorsprünge 5. In dem von den Vorsprüngen 5 umschlossenen Raum werden Flüssigkeitströpfchen erzeugt Danach durchströmt das Gemisch aus Flüssigkeitströpfchen und Gas einen Lamellenboden 6. Wegen der damit erzielten drehenden Bewegung des Gemisches werden die Flüssigkeitströpfchen seitlich nach außen geschleudert Das Gas kann die Einrichtung über den Rohrstutzen 7 in Richtung des Pfeils 11 verlassen. Der Rohrstutzen 7 ist in einen Ring 8 eingebaut und der Durchmesser des Rohrstutzens ist kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Kammer 1. Die Flüssigkeit wird zwischen dem Rohrstutzen 7 und einer Ringwand 9 gesammelt, wobei sie auf den Ring 8 trifft um dann längs der' Innenfläche der Wand 9 und über die Oberkante der Kammer 1 in Richtung des Pfeils 10 nach unten zu strömen; der weitere Verlauf der Flüssigkeitsströmung ist in F i g. 1 nicht dargestellt

Der Schnitt A-A nach F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf den Lamellenboden 6. Der Schnitt B-B zeigt eine mögliche Anordnung der Vorsprünge 5, von denen die senkrecht verlaufenden im Querschnitt dargestellt sind, während einer der waagerechten Vorsprünge 5 in der Draufsicht erscheint.

Fig.3 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der Teile.

In einem Ausführungsbeispiel wurde aus vier hintereinandergeschalteten, erfindungsgemäßen Vorrichtungen ein Kontaktturm aufgebaut Der Durchmesser jeder Kammer 1 betrug 18 cm. Die Zufuhr der Flüssigkeit erfolgt über einen in der Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz von 1,5 cm Breite in der Seitenwand. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flüssigkeitszuführungsschlitzen betrug 31 cm. Längs einer Strecke von 7,5 cm jenseits des Flüssigkeitszuführungsschlitzes war ein Netzwerk aus Streifen angeordnet. Dieses Netzwerk bestand aus rechteckigen Profilen mit einer Seitenlänge von 3,7 cm, wobei die Höhe jedes Streifens 1,5 cm betrug. Jenseits dieser Streifen befand sich ein Zwischenboden mit flachen Leitblechen, deren Neigungswinkel 30° betrug. Der Abschnitt der Kammer jenseits dieses Zwischenbodens hatte eine Länge von 8 cm; der Durchmesser des Rohrstutzens zum Auffangen der Flüssigkeit hatte einen Durchmesser von 15 cm, der Stutzen sprang gegenüber dem Ring um 1 cm vor, und zwischen der Unterseite bzw. dem unteren Ende des Stutzens und dem ihm gegenüberliegenden Rand der Kammer war ein Abstand von 4 cm vorhanden. Es wurde mit einem aufrecht stehenden Turm gearbeitet, und die Flüssigkeit strömte jeweils unter der Wirkung der Schwerkraft zu der vorhergehenden Vorrichtung zurück.

Versuche wurden unter atmosphärischem Druck bei einem vollständigen Rückfluß mit einem Gemisch aus Benzol und Toluol im Mischungsverhältnis von 50 zu 50 Volumenprozent sowie mit einem ähnlichen Gemisch aus n-Heptan und Toluol durchgeführt Der Durchflußparameter betrug 0,06 und der Dampfbelastungsfaktor variierte zwischen 0,3 und 0,7 m/s.

Bei diesen Versuchen zeigte es sich, daß die Menge der von dem Gas zur nächstfolgenden Stufe mitgerissenen Flüssigkeit bezogen auf die Rückflußmenge stets weniger als 1% betrug. Der Druckabfall je Meter der Kolonnenhöhe betrug 44 cm Wassersäule für die Versuche mit dem Benzol-Toluolgemisch und 52 cm Wassersäule für das Gemisch aus n-Heptan und Toluol bei einem Dampfbelastungsfaktor von 0,7 m/s.

Der Wirkungsgrad der mit Hilfe der Kolonne erzielten Trennung betrug ausgedrückt als Zahl der theoretisch je Meter der Kolonnenhöhe erforderlichen Böden für die Versuche mit dem Benzol-Toluolgemisch 1,2 bis 1,5 und für das Gemisch aus n-Heptan und Toluol 0,9 bis 1,3 bei Dampfbelastungsfaktoren von 0,3 bis 0,7 m/s.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Inberührungbringen und anschließendem Wiedertrennen von Flüssigkeiten und Gasen mit einer rohrförmigen Kammer, einer darinnen angeordneten Vorrichtung zum Mischen des am einen Kammerende zugeführten Gasstromes mit der ebenfalls an diesem Kammerende zugeführten Flüssigkeit sowie einem in Strömungsrichtung darauffolgenden Lamellenboden zum Wiedertrennen der Flüssigkeit vom Gasstrom durch Erzeugen einer Drehbewegung des Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung durch auf der Kammerinnenwand angebrachte Vorsprünge (5) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (5) netzartig auf der Kammerinnenwand verteilte Leisten sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten senkrecht an der Kammerinnenwand angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorsprünge (5) zwischen 1% und 20% des kleinsten Durchmessers der Kammer gewählt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit über in Strömungsrichtung vor den Vorsprüngen (5) in der Kammerwand (1) ausgebildete Löcher (3) zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführlöcher (3) in gleichmäßigen Umfangsabständen kranzförmig auf der Kammerinnenwand ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand gegenüber dem Austrittsende der Kammer (1) ein Ring (8) mit einem in Richtung auf die Kammer vorspringenden Rohrstutzen (7) angeordnet ist, dessen Querschnitt kleiner als derjenige der Kammer gewählt ist.