DE1519711B2 - Zuführen eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches in Stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Description

15

In der Chemie und Petrochemie müssen oft Dampf-Flüssigkeits-Gemische Destillations- oder anderen Dampf-Flüssigkeits-Stoffaustauschkolonnen, bei denen es sich um große senkrechte Apparate handeln kann, an einem zwischen einem Boden und dem Kopf liegenden Punkt zugeführt werden. In moderneren Anlagen mit großer Leistungsfähigkeit und hohem Durchsatz sind die Zufuhrgeschwindigkeiten derartiger Gemische im allgemeinen sehr groß, weshalb die gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt der Kolonne schwierig ist. Eine ungleichmäßige Verteilung erniedrigt die Leistungsfähigkeit.

Insbesondere bei Destillationsverfahren ist es wünschenswert, daß die Dampfphase und die Flüssigkeitsphase so weit wie möglich unmittelbar nach dem Einleiten in die Kolonne getrennt werden und daß jede Phase gesondert dem benachbarten Boden zugeführt wird, jeweils so gut wie möglich über den Querschnitt gleichmäßig verteilt. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, kann ein mit sehr hoher Geschwindigkeit eingeleitetes Gemisch nicht gut getrennt werden, da beim Einleiten mit überhöhter Geschwindigkeit das Gemisch auf die dem Einlaß gegenüberliegende Wand der Kolonne trifft und die Gase große Flüssigkeitsmengen mitreißen. Der nicht mitgerissene Flüssigkeitsanteil fließt größtenteils in der Nähe der Wand nach unten ab, so daß von einer gleichmäßigen Verteilung nicht die Rede sein kann. Schließlich besteht die Gefahr der Erosion der Kolonnenwand aufgrund des harten Aufprallens des Dampf-Flüssigkeits-Gemischs, so daß Schutzschürzen od. dgl. Schutzmaßnahmen getroffen werden müssen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man in der Kolonne einen Dampf-Flüssigkeits-Zyklon vorsieht, in dem die Flüssigkeit und der Dampf im wesentlichen voneinander getrennt und darüber hinaus unabhängig voneinander axial in die Kolonne eingeleitet werden, die Flüssigkeit nach unten und der Dampf nach oben. Derartige Fliehkraftabscheider erfordern jedoch verhältnismäßig viel Raum und bestimmen daher den Durchmesser der Kolonne an der Einleitstelle. Der Durchmesser muß vielfach größer sein als wenn auf einen Zyklon od. dgl. verzichtet werden würde. Dies bedeutet außerdem eine Verteuerung der Kolonne.

Aus der DT-PS 9 73 115 ist ein Verfahren zum Einleiten von Dampf-Flüssigkeits-Gemischen auf fest angeordnete Katalysator- oder Füllkörperschichten in Gefäßen, z. B. Reaktionsgefäßen, denen die Gemische (>■> stoßweise und in wechselnder Menge zugeführt werden, bekannt, bei denen oberhalb der Füllkörperschicht das gemeinsam eingeleitete Gemisch zunächst durch Umlenkeinbauten getrennt und die abgetrennte Flüssigkeit in einem Sammelraum aufgefangen wird, aus welchem es durch eine Verteilerlochplatte gleichmäßig verteilt unter der Wirkung des eigenen Gewichts auf die Oberfläche der Füllkörperschicht herabrieselt, während das Gas, räumlich von der Flüssigkeit getrennt, über einen Beruhigungsraum in den Raum zwischen der Verteilerplatte, der Innenwand der Kolonne und der Oberfläche der Füllkörperschicht in einem die Verteilerplatte ringförmig umgebenden Gasstrom auf die Oberfläche der Füllkörperschicht gelangt. Dadurch ergibt sich eine gewisse Ungleichverteilung des Dampfstromes über den Querschnitt. Außerdem ist diese Einlaß- und Verteilvorrichtung platzaufwendig und bewirkt einen nicht unerheblichen Druckabfall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einleitung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches auf einfache Weise zu verbilligen, die höchstmögliche Leistungsfähigkeit der Kolonnen jedoch sicherzustellen, indem die Flüssigkeits- und Dampfphase voneinander getrennt und gleichmäßig über den Querschnitt verteilt eingeleitet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die^ Verwendung einer Vorrichtung mit in Strömungsrich-^ jfe tung eines Zulaufs hintereinander in Abständen angeordneten, gekrümmten Leitblechen, bei deren Anordnung die führende Kante jedes nachgeordneten Leitbleches der Achse des Zulaufstromes näher ist als das des vorangehenden Leitbleches zum Einleiten und gleichmäßigen Verteilen des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches über den Querschnitt der Destillations- oder anderen Dampf-Flüssigkeits-Stoffkolonnen vor.

Die Verwendung von Umlenkgittern am Einlaß eines Apparates, z. B. zu den Zonen von Zonenrosten od. dgl., auch in Form sogenannter Schlitzgitter od. dgl. ist an sich bekannt. Bei diesen liegt das Problem der gleichzeitigen weitgehenden Trennung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches zur gleichmäßigen Einleitung der beiden Komponenten nicht vor.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung der an sich bekannten Einlaß- und Verteilvorrichtung fängt jedes Leitblech einen Teil des Zulaufgemisches ab und lenkt ihn um, wodurch eine weitgehende Trennung erfolgt. Der vom ersten Leitblech nicht umgelenkte Teil des Zulauf Stroms strömt quer zur Kolonne weiter und wirdr", nacheinander durch die weiteren Leitbleche abgefangen^ und umgelenkt.

Da die Leitbleche gekrümmt sind, wirken sich die Trägheit und die Zentrifugalkraft so aus, daß die Flüssigkeitsteilchen auf die Leitblechoberfläche auftreffen und dort abströmen, so daß sich eine Trennung von Flüssigkeit und Dampf ergibt. Die Flüssigkeit sammelt sich zu einem beträchtlichen Flüssigkeitsstrom, der nach dem Verlassen des Leitblechs z. B. nach unten fließt, vorausgesetzt, daß die Leitbleche nach unten gebogen sind, oder von einer zusätzlichen Wand, z. B. der Kolonnenwand, abgefangen wird, was dann der Fall ist, wenn er vor den Leitblechen seitlich abgelenkt wird. Dann wird er zum Boden unmittelbar unter der Einlaß- und Verteilvorrichtung geleitet. Der Dampf kann leicht an den Leitblechen entlangstreichen und in der Säule aufsteigen. Da die Flüssigkeitsphase sich an den Leitblechen zu einem kontinuierlichen Strom vereinigt hat, wird sie auch nicht mehr vom Dampf in Form von kleinen Tröpfchen oder feinem Nebel mitgerissen.

Die Leitbleche sind vorzugsweise innerhalb der Kolonne in Verlängerung der Mittelachse der Zulaufleitung angeordnet. Dadurch wird die vorteilhafteste

Anordnung zum Abfangen und Ablenken eines Teils des Zulaufstroms an jedem Leitblech erzielt.

Die Leitbleche können seitlich von einer Wand begrenzt sein, damit nicht ein -Teil des Zulaufstromes an den Seiten abströmen kann; In jedem Fall gilt es zu vermeiden, daß ein Teil des Zulaufstroms der Trennung, entgeht und daß dadurch zu viel Flüssigkeit vom Dampf mitgerissen wird. Daher ist es auch zweckmäßig, wenn die unmittelbar hinter der Zülaufleitung für das Gemisch liegenden Leitbleche breiter als die Zulaufleitung sind.

Es ist ferner;zweckmäßig, daß jedes Leitblech einen Winkelvon nicht mehr als 10° an der Einlaßseite mit der Richtung des Zuläufstroms bildet. Ein Winkel dieser Größenordnung zwischen den Leitblechen an der Einlaßseite und der Zuströmrichtung ist vorteilhaft, da ein zu großer Leitblechwinkel einen unerwünschten Druckverlust verursacht. Im allgemeinen wird der gegenseitige Abstand zwischen: den Leitblechen, an ihrer Auslaßseite gemessen* innerhalb gewisser Grenzen gehalten. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise nicht weniger als 5 cm und nicht mehr als 40 cm und beträgt vorzugsweise etwa 10 cm. Diese Abmessungen sind weitgehend unabhängig von der Größe der Einlaß- und Verteilvorrichtung und bestimmen daher auch die Anzahl der hintereinander anzuordnenden Leitbleche.

Es können alle Leitbleche so angeordnet sein, daß sie den Zulaufstrom nach einer Seite hin umlenken und daß der Räum an der anderen Seite der Leitbleche von einer Wand begrenzt ist, die mit den Seitenwänden eine kastenförmige Anordnung bilden. In diesem Fall sind die so Leitbleche nach unten gerichtet, so daß die Flüssigkeitsphase in einer Anzahl von Einzelströmen nach unten abfließt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine solche kastenförmige Anordnung anders zu orientieren, z. B. so, daß die Leitbleche den Zulaufstrom zur Seite hin π lenken. Ist eine solche Anordnung in einer zylindrischen Kolonne vorgesehen, treffen die Flüssigkeitsströme im allgemeinen auf die Kolonnenwand, ehe sie an der Wand entlang nach unten fließen. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform liegt jedoch darin, daß -to die Ströme, welche nahe der Säulenwand abgefangen und umgelenkt werden und daher mit höchster Geschwindigkeit strömen, wenn sie auf die Säulenwand auftreffen, dies unter einem besonders günstigen Winkel tun. D

Die Leitbleche können aber auch paarweise einander gegenüber angeordnet sein, so daß jedes Paar einen Teil des Zulaufstroms nach entgegengesetzten Seiten hin umlenkt. Die Leitbleche bilden zusammen mit den Seitenwänden eine kastenförmige Einlaßvorrichtung. ->o Dann wird diese im allgemeinen so in der Stoffaustauschkolonne angeordnet, daß der Gemischzulauf nach den beiden Seiten hin umgelenkt wird. Bei sehr hohem Durchsatz kann es vorkommen, daß trotzdem noch ein als zu groß empfundener Anteil der Flüssigkeit vom τ, Dampfstrom mitgerissen wird, beispielsweise infolge einer erneuten Zerstäubung an der Außenseite der Leitbleche. Dies kann dadurch verhindert werden, daß die Leitbleche an der Abgabeseite mit einem Flüssigkeitssammelkanal versehen werden, der an geeigneter ho Stelle eine Auslaßöffnung od. dgl. aufweist. In diesem Fall können die Flüssigkeitssammelkanäle an der Eingangsseite mit einem verengten Durchlaß versehen sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer n> Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert, in der zeigt

Fig. 1 und 2 einen Teil einer vertikalen Stoffaustauschkolonne in horizontalem und vertikalem Schnitt mit einer darin angeordneten,, erfindüngsgemäß zu verwendenden Einlaßvorrichtung,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der Einlaßeinrichtung nach den F i g. 1 und 2,

Fig.4 und 5 Querschnitte zweier anderer Ausführungsformen erfindungsgemäß zu verwendender Einlaßeinrichtungen mit zwei Reihen Leitblechen, und

F i g. 6 im Detail ein an einer Auslaßseite mit einem Sammelkanal versehenes Leitblech;

Die Austauschkolonne 1 hat an der Seite einen Einlaß 2 für den Zulaufstrom eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches. In Strömungsrichtung gesehen befindet sich hinter diesem Einlaß 2 eine Anzahl von in vertikaler Richtung aufsteigend gestaffelter Leitbleche 3, von denen jedes einen Teil des Zulaufstroms abfängt und ihn nach unten umlenkt. Die Leitbleche 3 sind seitlich durch Wände 4 und 5 begrenzt, während eine weitere Wand 6 oberhalb der Oberseite zur Bildung einer kastenförmigen Einlaßvorrichtung beiträgt, an deren Unterseite die Leitbleche vorgesehen sind, wie dies insbesondere aus F ig. 3 hervorgeht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 sind hinter dem seitlichen Einlaß 12 einer Kolonne 11 zwei Reihen von Leitblechen 13 und 14 paarweise derartig einander gegenüberliegend angeordnet, daß der Zulaufstrom in zwei Richtungen nach den Seiten hin abgelenkt wird. Die Leitbleche sind durch eine Bodenplatte 15 und eine in der Zeichnung nicht gezeigte obere Wand zu einer kastenförmigen Einlaßvorrichtung vereinigt Das Vorhandensein zumindest einer Bodenplatte ist nicht in allen Fällen nötig; man kann z. B. auch im Boden Leitbleche anbringen, so daß eine Kombination aus den Ausführungsformen gemäß F i g. 2 und F i g. 4 entsteht.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 entspricht in seinem Aufbau dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3, allerdings ist hier die mit einem seitlichen Einlaß 22 versehene Kolonne 21 mit einer Verteilervorrichtung ausgerüstet, die innerhalb der Kolonne unterbrochen ist. Dies kann in manchen Fällen wünschenswert sein, wenn innerhalb der Kolonne an einer Stelle ein Hindernis, z. B. Einbauten, im Wege steht. Die kastenförmige Vorrichtung gemäß F i g. 5 besteht aus zwei Reihen von Leitblechen 23, 24 sowie 25, 26. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Bodenwand 27 durchgehend, was auch für die nicht dargestellte obere Wand zutrifft. Sie eignet sich zur Verwendung in einer Destillationskolonne, bei der zwei Einlaßvorrichtungen 28 und 29 mittig der Kolonne gebildet sind. Es ist unerwünscht, daß der Zulaufstrom an diesen Einlaßvorrichtungen entlangfließt oder auf deren senkrechte Teile auftrifft. Gegebenenfalls kann auch der mittlere Bereich, d. h. der Teil, in dem die Boden- und Oberwand durchgehend sind, an der Seite mit einem geschlossenen Wandteil versehen sein, so daß der mittlere Abschnitt eine völlig geschlossene Kastenanordnung bildet. Es liegt auf der (land, daß auch bei dieser Ausbildung zumindest die Bodenwand nicht unbedingt in allen Fällen völlig geschlossen sein muß.

Diese Ausführungsbeispiele stellen nur einige von vielen Möglichkeiten dar. Es ist natürlich auch möglich, daß die Vorrichtung nur einen Teil des gesamten Säulenquerschnitts einnimmt, so daß die letzten Leitbleche noch etwas Abstand von der Kolonnenwand an der dem Einlaß gegenüberliegenden Stelle haben. Eine solche Ausbildung kann dann günstig sein, wenn die Einlaßvorrichtung unmittelbar gegenüber dem seitlichen Einlaß angeordnet ist, z. B. in Destillationsko-

lonnen.

Es. ist natürlich auch möglich, daß die Einlaßvorrichtung nur den hinteren Teil der Kolonne ausfüllt, wobei dann die Zulaufleitung sich bis in die Kolonne hineinerstreckt. Eine derartige Konstruktion ist dann angezeigt, wenn nahe dem Gemischeinlaß ein Hindernis vorhanden ist, z. B., wie es im Zusammenhang mit F i g. 5 beschrieben ist.

Die Einlaßvorrichtungen können auch — in senkrechter Richtung zur Mittelachse gesehen — einen anderen Querschnitt haben als die Ausführungsbeispiele. Sie können beispielsweise zylindrisch sein, so daß die Leitbleche sich über einen beliebigen Teil des zylindrischen Umfangs erstrecken und wenn nötig ganz herum reichen, so daß eine Reihe durchlaufender, trompetenförmiger und hintereinander angeordneter Leitbleche gebildet wird.

Fi g. 6 zeigt schließlich in vergrößertem Maßstab ein Leitblech, das an seiner Ausgangsseite mit einem Flüssigkeitssammelkanal versehen ist. Hierzu ist ein kanalförmiges Teil 32 an einem Leitblech 31 befestigt und bei einem gegebenen Ausführungsbeispiel mit einem Einlaß 33 versehen, der im Vergleich zum eigentlichen Auffangbereich 34 verengt ist. Sowohl im Kanal wie im Leitblech sind öffnungen 35, 36 zur Befestigung des Kanals am Rand des Leitblechs vorgesehen. Ein Abstandsring 37 ist, wie bei solchen Anordnungen üblich, vorgesehen. Der Auffangkanal hat keine Abschlußwände, so daß die Flüssigkeit an beiden Seiten frei abfließen kann. Es ist jedoch auch möglich, daß diese Kanäle mit Abschlußwänden versehen werden, in denen eine Auslaßöffnung ausgebildet ist. Man kann auch in Fällen, in denen das Abscheiden von Flüssigkeiten Hauptzweck ist, an jeden Kanal ein Abflußrohr anschließen.

Eine solche Flüssigkeitsauffangvorrichtung kann auch auf andere Weise ausgebildet sein, indem man beispielsweise das Abgabeende der Leitbleche mit einer Doppelwand versieht und in dem Teil, an dem die Flüssigkeit entlangflie&t, Schlitze oder öffnungen anbringt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung einer Vorrichtung mit in Strömungsrichtung eines Zulaufes hintereinander in Abständen angeordneten, gekrümmten Leitblechen, bei deren Anordnung die führende Kante jedes nachgeordneten Leitbleches der Achse des Zulaufstromes näher ist als das des vorangehenden Leitbleches, zum Einleiten und gleichmäßigen Verteilen eines Dampf- ι ο Flüssigkeits-Gemisches über den Querschnitt von Destillations- oder anderen Dampf-Flüssigkeits-Stoffaustauschkolonnen.