DE1519725A1

DE1519725A1 - System zum Inberuehrungbringen von Daempfen mit Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1519725A1
Application number: DE19651519725
Authority: DE
Inventors: Walter Bruckert
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1964-11-09
Filing date: 1965-11-06
Publication date: 1970-11-26
Also published as: AT271385B; DE1519725B2; GB1117338A; BE750245Q; US3410540A; NL133386C; NL6514545A

Description

Abschrift/goe

5» Nov. 1965

Gzy/goe UNION CARBIDE CORPORATION

System zum Inberührungbringen von Dämpfen mit Flüssigkeiten.

Die Erfindung betrifft Systeme zum Inberührungbringen von Dämpfen mit Flüssigkeiten, insbesondere solche Systeme, bei welchen gelochte Schüsseln oder Böden verwendet werden.

Bei den heutigen Systemen zum Inberührungbringen von Dämpfen mit Flüssigkeiten, wie bei Waschkolonnen, Abstreifkolonnen, Destillationskolonnen und dergleichen, wird die Flüssigkeit von einem Boden zum anderen abwärts gefördert. Hierbei wird sie an einem oder mehreren Bestandteilen angereichert. Der Dampf streicht aufwärts durch die Böden, wobei er an einem anderen ™ Bestandteil oder mehreren anderen Bestandteilen der Flüssigkeit angereichert wird. Dieses Anreichern findet auf jedem Boden in einer aus zwei Phasen bestehenden Dispersion von einzelnen Dampfblasen in der Flüssigkeit statt. Diese Dispersion wird nachstehend mit "Schaum" bezeichnet. Der Schaum entsteht durch das Einführen des Dampfes in der Flüssigkeit auf jedem Boden.

Übliche Böden, die in dieser Art betrieben werden, arbeiten entweder nach dem Querstromprinzip oder sind gerieft und haben gelochte Bereiche im Boden der Schüssel.

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Bei der Verwendung von Querstromböden tritt die Flüssigkeit auf einer Seite in den Boden ein, fließt über diesen bis zu einem Abfluß und durch diesen auf der entgegengesetzten Seite des Bodens ab. Beim Fließen der Flüssigkeit über den Boden tritt der Dampf durch Löcher im Boden der Schüssel ein und bildet hierbei auf der Oberfläche der Schüssel einen Schaum, welcher die Stoffübertragung ermöglicht. Vor dem Verlassen des Bodens fließt der Schaum über ein Wehr, das zwischen dem Boden und dem Abfluß angeordnet ist. Durch den Abfluß fließt die Flüssigkeit zu· nächsten darunter angeordneten Boden ab. Hierbei wird der Abfluß gegen den Durchtritt von Gas her aufwärts abgedichtet. In dem Abfluß trennt sich der Dampf von dem Schaum. Hierbei entsteht eine gewisse Menge von Flüssigkeit in dem Abfluß unterhalb des Pegels der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Bodens. Diese vom Dampf befreite Flüssigkeit tritt in den nächsten Boden unter hydrostatischem Druck ein, und zwar unabhängig von den Kräften, durch welche der Schaum entsteht und quer über den Boden bewegt wird.

Die Höhe des Schaumes auf einem typischen Querstromboden ist empfindlich gegen die Fortbewegungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Vor dem Eintreten in den Abfluß muß der Schaumstrom über ein kurzes Wehr gehen und formt hierbei notwendigerweise einen hohen Kamm über den Einlaß. Die Höhe dieses Kammes wird sehr stark beeinflußt durch eine Änderung in der Beaufschlagung

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mit der Flüssigkeit; bei hohen zugeführten Flüssigkeitsmengen entsteht mich ein hoher Schaum. Dieser hohe Schaum bedingt seinerseits einen weiten Abstand der einzelnen Böden voneinander und verursacht auch einen starken Abfall des Dampfdruckes über den Boden hinweg, was das ganze Verfahren verteuert.

In üblichen Querstromböden kann das Wehr nicht so lang sein, wie der Durchmesser des Bodens. In einem solchen Falle würde der Abfluß die Hälfte des Querschnitts des Bodens beanspruchen und die Zone der Berührung zwischen Dampf und Flüssigkeit schädlich beeinträchtigen. In den meisten Fällen beträgt die Länge des Wehrs nicht mehr als 70 % des Durchmessers des Bodens. Die üblichen Wehre sind einem langsamen Fluß der Flüssigkeit angepaßt. Solche kurzen Wehre erlauben aber nicht einen stärkeren Flüssigkeitsdurchfluß mit einer niedrigen regelbaren Höhe des Schaumes.

Ein weiterer Nachteil von Querstromböden ist der lange Weg, den die Flüssigkeit zwischen dem Einlaß und dem Abfluß zurücklegen muß. Die Schwerkraft ist die einzige Kraft, welche eine Bewegung der Flüssigkeit auf diesem Wege verursacht. Der entstehende hydraulische Gradient verursacht ungelcihmaßige Abweichungen von der Differenz der Dampfdrucke dem Boden entlang. Dieser Gradient nimmt zu beim Durchfluß größerer Mengen von

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Flüssigkeiten, wobei der Boden unstabil und unwirksam wird. Bei üblichen Beaufschlagungen mit Flüssigkeiten kann man den Gradienten durch Einführung der Dämpfe durch Schlitze oder mittels Nasen neutralisieren. Bei höheren, hier besonders in Betracht kommenden Beaufschlagungen über aber der Dampf einen \ingenügenden waagerechten Druck aus, um den Schaum mit hoher Geschwindigkeit ohne schädliche Beeinflussung des Gradienten zu bewegen.

Ein weiterer Nachteil der üblichen Querstromböden ist die Fähigkeit des Ablasses,die Flüssigkeit zu entladen. Wenn die Beaufschlagung mit Flüssigkeit größer und größer wird, wird gegebenenfalls die Entladungsfähigkeit des Abflusses überschritten und Flüssigkeit tritt zurück auf die darüber befindliche Schüssel. Hierbei wirkt der Abfluß in derselben Weise, wie Vertiefungen oder Riefen auf dem Boden. Der Boden wird schließlich überflutet, und weiterer Zufluß von Flüssigkeit über diesen Punkt hinaus füllt die Kolonne vollständig mit Schaum. Ein anderer Nachteil der Querstromböden besteht darin, daß Aufnahmebehälter erforderlich sind, in welche die Flüssigkeit aus dem Ablaß fließt. Solche Aufnahmebehälter verdoppeln mindestens den Anteil des Bodens, der lediglich für den Transport der Flüssigkeit von einem Boden zum andi-:.-en vorgesehen ist. Solche Anteile können daher nicht zur Erfüllung der ersten Aufgabe der Vorrich-

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tung dienen, und zwar zur StoffÜbertragung. Solche Aufnahmebehälter komplizieren auch die Herstellung von Kolonnen, da das Zusammenpassen der Abflüsse und der Aufnahmebehälter und ihr Zusammenbau eine große Genauigkeit erfordern.

Bei den gerieften Böden tropft die Flüssigkeit leicht von den Gebieten ab, welche wie die erhöhten Gebiete in überflutetem oder untergetauchtem Zustande arbeiten. Ein Abfluß ist nicht vorgesehen und der Schaum steht über dem ganzen Boden. Der hydrostatische Druck der Flüssigkeit über den überfluteten Vertiefungen ist größer, als über anderen Gebieten des Bodens, und zwar wegen der größeren Tiefe der Vertiefungen und der infolgedessen etwas höheren Dichte der Flüssigkeit an diesen Stellen. In Flüssigkeitsgebieten höherer Dichte über den Vertiefungen tritt der Dampf weniger oder gar nicht ein, so daß diese Gebiete weniger aktiv sind. Infolgedessen fließt die Flüssigkeit hauptsächlich von den tieferen Stellen ab, wodurch die Flüssigkeit hauptsächlich von einem Boden zum anderen gefördert wird. Bei Querstromböden gibt es besondere Gebiete für das Abwärtsfließen der Flüssigkeit und besondere Gebiete für den Aufwärtsstrom des Dampfes. Solche verschiedene! Gebiete gibt es bei gerieften Böden nicht, sondern dort gibt es nur bevorzugte Wege für die Flüssigkeit und für den Dampf.

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Ein wichtiges Kennzeichen der gerieften Böden besteht darin, daß der Schaum auf dem Boden gehalten wird durch den Widerstand gegen den Abfluß der Flüssigkeit aus den Vertiefungen. Dieser Widerstand kann nicht geregelt werden, um ihn. einer stärkeren Beaufschlagung mit Flüssigkeit anzupassen« ohne daß der Boden bei einer geringeren Beaufschlagung trockenläuft. Da die vertieften Stellen ohnehin überflutet sind, so kann man stärkere Kräfte zum Bewegen der Flüssigkeit über den Boden hinweg nur dadurch erzeugen, daß die Höhe des Schaumes über den ganzen Boden vergrößert wird. Leider nimmt mit der Höhe des Schaumes der Abfall des Dampfdruckes über den Boden hinweg ebenfalls zu.

Wegen dieses Druckabfalls fließt die Flüssigkeit nur langsam durch die Vertiefungen hindurch. Eine Erhöhung der Beaufschlagung von gerieften Böden verbietet sich also, weil hierbei ein besonders hoher Schaum entsteht, was weiterhin große Abstände zwischen den einzelnen Böden voraussetzt, ebenso wie einen großen Abfall des Dampfdruckes. Die sehr große Empfindlichkeit der Schaumhöhe auf gerieften Böden hat sehr enge Begrenzungen in der Beaufschlagung mit Dampf zur Folge. Aus diesen Gründen sind die Einbaumöglichkeiten und die Verwendungsmöglichkeiten von gerieften Böden sehr begrenzt. Man kann über sie nicht mehr Flüssigkeit hinwegleiten als ursprünglich vorgesehen war. Man muß daher nach Böden suchen, bei welchen besondere Abflüsse vor-

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gesehen sind, und auf welchen die Höhe des Schaumes unabhängig ist von dem Verfahren, die Flüssigkeit von Boden zu Boden zu fördern.

Kin Gegenstand «ler Erfindung ist ein Destillationssystem, welches durch die oben erwähnten Nachteile nicht in einem solchen Ausmaß beeinflußt wird, daß man nicht eine starke Vergrößerung der Zufuhr der Flüssigkeiten vornehmen kann, ohne daß ein sehr starkos mitreißen, ein überfluten der Ablässe, ein hydrostatischer Gradient, oder ein hoher Abfall des Druckes stattfindet. Vorrichtungen gemäß der Erfindung ermöglichen je Kolonneneinheit eine größere StoffÜbertragung mit geringerem Kraftverbrauch. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein System, bei welchem die Scbaumhohe innerhalb weiter Strömungsbereiche der Flüssigkeit und des Dampfes geregelt werden kann, und die deshalb eine hohe Anpassung dea Systems an vernünftige Schwankungen des Dampfdruckes ermöglicht. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist-ein System mit einem genau vorhersagbaren hydraulischen Verhalten. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein System mit geringeren Abstanden zwischen den einzelnen Böden als es bisher für die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten möglich war.

Die Erfindung sieht in einem System zum Inberührungbringen von Dampf mit Flüssigkeit eine gestapelte Reihe von Böden vor, bei

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welcher jede Schüssel einen gelochten Hoden hat. Der aktive größere Teil jedes Bodens dient zum Tragen einer aus zwei Phasen bestehenden Dispersion von Dampf in Flüssigkeit für die Stoffübertragung. Das System hat ferner Abflüsse zum Fördern der Flüssigkeit zum nächst unteren Boden der Anordnung, wobei diese Abflüsse durch die Flüssigkeit abgedichtet sind gegen den Hindurchtritt von Dampf aufwärts. Das ganze System ist da-P durch gekennzeichnet, dalJ die Ahflußiyi ttel jedes Bodens aus mehreren engen Kanälen mit ungelochten Seitenwänden bestehen, die durch Flüssigkeit abdichtbare Auslässe am Boden haben. Diese Kan.iJe sind im wesentlichen gleichmäßig über die ganze Oberfläche des Bodens hinweg verteilt und unterteilen die aktive Oberfläche des Bodens in Abschnitte von im wesentlichen gleicher Oberfläche je Einheit der Längo der Abflußkanäle.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Inberührungbringen von Flüssigkeit und Dampf mittels eines solchen Systems. Das Verfahren besteht darin, daß man die Flüssigkeit auf den gelochten Boden jeder Schüssel bringt, den Dampf durch die Löcher des Bodens in die Flüssigkeit einleitet, so daß eine aus zwei Phasen bestehende Dispersion von Dampf in Flüssigkeit entsteht, und daß man dann die Flüssigkeit durch Abflüsse zur nächsten untenliegenden Schüssel abfließen läßt mit einer solchen Geschwindigkeit, daß die Höhe des Schaumes auf dem Boden

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OR/gi_Nal

nicht beeinflußt wird durch die Menge der Flüssigkeit im Abfluß. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der Dispersion in die Abflußkanäle fließen läßt mit einer solchen Abflußgeschwindigkeit, daß der Regelfaktor für den Kamm C der Gleichung

h
ο

entspricht. In dieser Gleichung bedeutet:

h die beobachtete Höhe des Kammes, h der beobachteten Kammhöhe bei einem einzigen Abfluß von dem Boden.

Der Wert C soll weniger als 1,3 betragen.

Die Zeichnungen erläutern beispielsweise den Gegenstand der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Bodens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles eines erfindungemäßen Bodens,

Fig. 3 graphisch in Kurven beispielsweise die Kapazitäten für Flüssigkeiten bei einem erfindungsgemäßen Boden,

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Fig. 4 bis 6 perspektivische Ansichten von drei beispielsweise verwendeten Abflüssen,

Fig. 7 und 8 beispielsweise in Kurven die Kapazitäten von üblichen Gegenstromböden, verglichen mit einem Boden gemäß der Erfindung,

Fig. 9 graphisch vergleichsweise die Kapazitäten eines üblichen Gegenstrombodens, eines üblichen gerieften Bodens und eines erfindungsgemäßen Bodens,

Fig. 10 von oben zwei übereinander angeordnete Böden gemäß der Erfindung, die beispielsweise die Anordnung solcher Böden in Kolonnen zeigt,

Fig. 11 im Querschnitt einen Teil eines Bodens nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 12 schließlich die Ansicht eines Teiles eines weiteren Bodens nach der Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Länge der Abflußkanäle in waagerechter Richtung senkrecht zum FIuQ der in die

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Abflußkanäle eintretenden Flüssigkeit gemessen. Die Weite jedes Abflußkanals wird parallel zu der Zuflußrichtung der Flüssigkeit zu jedem Kanal gemessen.

Nach den Fig. 1 und 2 sind melirere enge Abflußkanäle 10 in gleichmaßigen Abständen über der Oberfläche des Destillationsbodens angeordnet. Sie erstrecken sich so über den gelochten Hoden 12, daß dieser in Abschnitte von etwa gleicher Oberfläche je Einheit der Lange der Abflußkanäle unterteilt ist. Das Verhältnis der Oberfläche des Abschnittes 12a auf dem gelochten Hoden 12 zu dc»r gesamten Länge der benachbarten Abflußkanäle 10a und 10b ist daher im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Oberfläche dos Abschnittes 12b zu der Länge des benachbarten Abflußkanals 10c. Um ein solches Verhältnis zu gewährleisten, sind wenigstens drei, vorzugsweise mehr Abflußkanäle vorgesehen, die nach Fig. 1 in gleichen Abstänuen voneinander angeordnet sind.

Die gelocht en'Boden 12 bilden den aktiven größeren Teil der Oberfläche der Schüssel, welcher den aus zwei Phasen bestellenden Schaum trägt. Jeder Ahflußkanal hat zwei nichtgelochte Seitenwände 1*1, welche einen bestimmten nichtaktiven Teil der Hodenoberfläche umfassen. Sie bilden einen Einlaßteil l6 zur Aufnahme des Schaumes von den benachbarten Abschnitten und er-

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lauben dort das Entweichen des Dampfes. Die nicht gelochten Seitenwände lh bilden auch ein Auslaßende l8 zum Aufnahmen der abfließenden Flüssigkeit und Fördern dieser Flüssigkeit von einem Boden zum anderen. Jeder Abflußkanal enthält ferner einen Auslaß 20 in Form eines durchlaufenden Schlitzes von geringerer Weite (Fig. 2), welcher den Abfluß der Flüssigkeit regelt. Der ^ Hoden enthalt η 1 so genau definierte Gebiete für den Fluß des Dampfes nach oben durch den gelochten Hoden 12 und genau definierte Gebiete für den Abfluß der Flüssigkeit abwärts durch die Abflußkanäle 10.

Unter "abfließender Flüssigkeit" ist eine solche Flüssigkeit r.u verstellen, aus welcher ein wesentlicher Teil des Dampfes in dem ursprünglichen Schaum entwichen ist, so daß die scheinbare Dichte dieser abfließenden Flüssigkeit wesentlich häher k ist als die Dichte des Schaumes auf dem Boden. Die scheinbare Dichte dieses 2-Phasen-Systems ist abhängig von dem Anteil der in ihm enthaltenden Flüssigkeit. So kann z.B. die scheinbare Dichte eines aktiven Schaumes, bezogen auf die klare Flüssigkeit nur 30 % betragen, während die scheinbare Dichte der abfließenden Flüssigkeit in dem Abfluß vorzugsweise über 60 % liegen soll. In einem gut funktionierenden Abfluß wirkt die abfließende Flüssigkeit wie eine homogene Flüssigkeit. Rest-

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licher in dieser abfließenden Flüssigkeit enthaltener Dampf fließt zusammen mit der Flüssigkeit durch den Abfluß ab.

Nach Fig. 1 verlaufen die Abflußkanäle 10 parallel zueinander über die Oberfläche des Bodens, jdder Abflußkanal erstreckt sich im wesentlichen von einer Kante des Bodens bis zur gegenüberliegenden Kante auf einer Sehne, die durch den Abflußkanal gebild.-t wird.

Die vielen engen troggleichen Abflüsse gemäß der Erfindung können überraschenderweise weit mehr Flüssigkeit abfließen lassen, als es die Abflüsse bekannter Art tun. Typische Kapazitäten sind in Fig. 3 gezeigt. Diese Figur gibt wieder die Beladung mit Flüssigkeit (Q./A ) gegen die Weite der Abflüsse in Zoll (W). Der Faktor Q./Λ gibt die Liter von Flüssigkeit wieder, die je Quadratmeter der Bodenoberfläche in einer Sekunde behandelt werden können. Jede Kurve beschreibt zwei wichtige Punkte,
A„/A ist das Verhältnis des Gebietes des Abflusses A zu der gesamten Oberfläche des Bodens A„, d.h. dieser Ausdruck gibt den Bruchteil der Bodonoberflache wieder, der von den Abflußkanälen eingenommen wird.

C wird der Regelfaktor für den Kamm genannt, der beim Einlaß für den Abflußkanal, wie später gezeigt, eine Holle

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spielt. Dieser Faktor gibt das Zusammenwirken verschiedener zusammenlaufender Kämme Innerhalb jedes Abflußkanales von jeder Seite des Einlasses wieder.

Die Beaufschlagung mit Flüssigkeiten nach den Kurven der Fig.3

beträgt überall mehr als 1100 1/Sek. pro m .Die Wichtigkeit einer solchen Beaufschlagung ist ersichtlich beim Vergleich mit einer Beaufschlagung von gelochten Schüsseln der bekannten Art, Bei diesen letzteren kann die Beaufschlagung, außer bei sehr kleinen Böden, nicht über etwa-9OO 1/Sek. pro m hinausgehen. Die Beaufschlagung mit Flüssigkeit bei einer typischen Kolonne mit einem Durchmesser von etwa 1,80 m unter Vervrendung von Querstromböden beträgt höchstens etwa 550 1/Sek. pro m .

Die Abflußkanäle gemäß der Erfindung haben eine maximale Kapazität bei Weiten zwischen etwa 4 und IO cm. Eine Kurvenschar nach Fig. 3 zeigt, daß man bei den Äbflußkanälen zwischen verschiedenen Weiten wählen kann, um bei einer gewünschten Beaufschlagung mit Flüssigkeit nach der Formel Q_T/A„ zu arbeiten. Nimmt man beispielsweise an, daß der Hegelfaktor für den Kamm 1,3 beträgt, so verwendet man bei eiaer Beaufschlagung von etwa 1950 l/Sek. pro m Abflußkanäle mit eimer Weite von etwa 4 cm. Solche Abflußkanäle müssen in geitiigeEtder Anzahl vorgesehen sein, um etwa 30 % der gesamten Oberfläche des Bodens einzunehmen.

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Man kann aber auch Abflußkanäle mit einer Weite von etwa 5i5 bis (>_t-O-cm* verwenden, welche etwa 25 % der Oberfläche des Bodens besetzen. Schließlich kann man auch Abflußkanäle mit einer w'oite von etwa 10 cm verwenden, die in genügender Anzahl vorgesehen sind,*-um etwa 3P % der gesamten Bodenoberfläche einzunehmen. Für jedes der oben erwähnten Beispiele müssen die nachstehenden Längen der Abflußkanäle vorgesehen sein.

■' ' ■ . W A./A_ Länge der Abflußkanäle

je Einheit der Bodenoberfläche

m /m

'i,l 0,30 7,21

5,7 O.2-5 4,26

10,2 0,30 2,95

Nach den Beispielen der Fig. 3, welche einen weiten Bereich umfassen, werden bei einer Weite der Abflußkanäle von etwa 5,7 cm die höchsten Flüssigkeitskapazitäten je Einheit der Abflußkanäle erreicht und zwar dann, wenn die Beaufschlagung mit Dampf hoch sind« Hierbei wird eine maximale Oberfläche des gelochten

Boden erreicht. Wenn-es* aber nicht so sehr auf die Beaufschlagung mit Dampf ankommt', können auch andere Weiten der Abflußkanäle wirtschaftlich sein, da ja auch die Herstellungskosten berücksichtigt werden müssen. Berücksichtigt man nur diese, so sind Weiten der Abflußkanäle von k,l cm weniger wünschens-

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2 wert, da eine Gesamtlänge der Abflußkanäle von 7,2 m/m der Bodenoberfläche erforderlich ist, um'dasselbe Ergebnis zu erzielen wie mit einer Gesamtlänge von 2,95 m/m für Abflußkanäle mit einer Weite von 10,2 cm. Es sind auch Weiten von 2,10 cm der Abflußkanäle mehr erwünscht als Weiten von 5»7 cm, da diese

2 letzteren eine Gesamtlänge von 4,26 m/m der Bodenoberfläche voraussetzen.

Vorrichtungen gemäß der Erfindung können.mit großen Dampfmengen beaufschlagt werden, weil man den Schaum niedrig und gleichmäßig halten kann. Diese niedrige und gleichmäßige Schaumhöhe wird erreicht durch lange Überflüsse mit mehreren Abflüssen, die in Abständen über dem ganzen Boden verteilt sind. Die Bodenabschnitte, aus welchen der Schaum in die Abflüsse einfließt, sind klein, und infolgedessen ist der Kamm des Schaumes sehr niedrig. Wegen der niedrigen Höhe des Schaumkammes sind die Änderungen in der Kammhöhe verhältnismäßig gering verglichen mit Vorrichtungen der bekannten Art. Die Seitenwände ik der Abflußkanäle ragen üblicherweise über den Boden hervor, so daß sie Wehre von gleichmäßiger Höhe bilden, wie es die Fig. 1 zeigt. Die Höhe der Schaumschicht wird geregelt durch die Höhe der Wehre. Darüber liegt dann der Schaumkamm und Änderungen in der Kammhöhe ändern die gesamte Schumhöhe nur wenig. Die Schaumhöhe und der entsprechende Druckabfall werden

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praktisch nicht beeinflußt durch Änderungen in der Beaufschlagung mit Flüssigkeit. Infolgedessen sind sehr viele höhere Beaufschlagungen möglich, als bei Vorrichtungen der bekannten Art. Man kann also Vorrichtungen innerhalb eines sehr weiten Bereiches betreiben.

Im allgemeinen wird eine angemessene Regelung der Schaumhöhe erreicht bei Vorhandensein von Abflüssen, deren Gesamtlänge

zwischen etwa 3,3 und l6,.4 m/m der Bodenoberfläche beträgt. Wenn die Beaufschlagung so niedrig ist, daß eine Gesamtlänge der Abflußkanäle von etwa 3»3 m/m Bodenoberfläche genügt, so ist eine Regelung der Kammhöhe, der Gradienten und der Kapazität der Abflüsse nicht besonders kritisch. Derartige Mengen können auch mit den üblichen Querstromböden bearbeitet werden, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Schubkraft des Dampfes> Wenn andererseits eine Gesamtlänge der Abflußkaniile von mehr

ο
als -1-6,4'm/m' der Bodenoberfläche vorgesehen ist , dann nehmen die Abflußkanäle einen großen Teil der Gesamtbodenfläche ein; bei einer derartigen Gesamtlänge der Abflußkanäle und einer Weite von 5 cm beträgt die von den Abflußkanälen beanspruchte Fläche, etwa 40 % der gesamten Bodenfläche, Bei einer größeren Gesamtlänge der Abflußkanäle als l6,4 iii/m eier Bodenfläche müssen diese Kanäle sehr nahe beieinander angeordnet sein, und die Flächen zwischen den Kanälen sind so eng, daß ein "großer

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Teil der auf den Boden gelangenden Flüssigkeit direkt in die Abflußkanäle fällt. Infolgedessen ist es zweckmäßig, ein solches System zu verwenden, bei welchem die Abflußkanäle micht mehr als kO % der gesamten Bodenflache einnehmen. Die untere Grenze bei Systemen nach der Erfindung liegt etwa bei 7 % der Gesamtbodenfläche¹, die von den Abflußkaraälem eingenommen wird.

Zweckmäßig sollte die Weite der Abflußkanäle etwa 0,07 bis 0,4 des Abstarides zwischen den Abflußkanälen gemessen von Mitte zu Mitte, betragen- Mit solchen Anordnungen können auch große Beaufschlagungen leicht verarbeitet werden»

Bei den bekannten Querstromböden fließt der Schaum in einen weiten Abflußkanal lediglich in einer Richtungi demgegenüber fließt der Schaum in Vorrichtungen nach der Erfindung, z.B. · nach den Fig. 1 und 2, von beiden Seiten in die engen Abflußkanale, Wenn die Vorrichtung hoch beaufschlagt ist, so nähern sich die über den Kanten der Abflußkanäle befindliehen SchaumkUinine einander, wodurch beim Berühren dieser Käme ein höherer Kamm entsteht, als wenn der Abflußkanal nur eine Kante hätte. Es ist von Bedeutung, ein solches Berühren der Kämme zu vernieidan, um ein freies Abfließen der Flüssigkeit durch die Abflußkaniile zu erleichtern. Andernfalls kann die gesarate Schaumhöhe auf dem Boden ungünstig beeinflußt worden» Mathematisch kann

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dieser Effekt ausgedrückt werden als Verhältnis der beobachteten Kammhöhe zu der beobachteten Karomhöhe h , die bei derselben Beaufschlagung bei einem einzigen Abflußkanal beobachtet wird. Die Formel lautet:

«■-ir.

Systeme gemäß dor Erfindung müssen so betrieben werden, daß der Wert für C unter 1,3 liegt. Bei Werten für C über 1,3 überbrücken die herabfließenden Schaumströme die Abflußkanäle, so daß sie als überflutete Wehre wirken und Unstabilitäten, ein unvorhergesehenes Verhalten und eine Überflutung des Bodens verursachen. Bei Werten von C unterhalb von 1,3 tritt das aber nicht ein. Der Wert von 1,3 für C ist unabhängig von der Weite oder der Entfernung der Abflußkanäle oder von der Größe des Bodens. Wenn Böden gemäß der Erfindung bei Werten für G unterhalb 1,3 betrieben werden, so kann man die Beaufschlagung sehr hoch steigern^ ohne daß die Schaumhöhe sehr starl ansteigt und ohne daß ein großer Druckabfall eintritt.

Eine hohe Beaufschlagung des Bodens erfordert auch einen schnellen Abfluß in den Abflußkanälen, Die vnn den Abflußkanälen eingenommene Bodenfläche muß also voll ausgenutzt werden zur Förderung der Flüssigkeit zwischen den Böden. Diese Fähigkeit der Abflußkanäle zur Förderung der Flüssigkeit ist abhängig von ihrer Weite und ihrer Länge.

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Man kann hierbei auf einem Boden Abflußkanäle unterbringen, die sehr eng sind und eine große Gesatntlänge haben; man kann aber auch weniger Abflußkanäle größerer Weiten mit einer geringeren Gesamtlänge verwenden. Die möglichen Änderungen der Weite W und der Länge der Abflußkanäle zeigt die obige Tabelle. Bei einer Erhöhung der Weite W von 4,1 bis zu 10,2 cm kann man

2 die Gesamtlänge der Abflußkanäle von 7|21 auf 2,95 m/m der Bqrienflache herabsetzen.

Wenn man sich bei den Kurven der Fig« 3 von dem Maximum jeder Kurve in die Richtung bewegt, in welcher weitere Abflußkanäle in geringer Zahl vorgesehen sind, so bedeutet das, daß die Gesamtlänge der Abflußkanäle geringer wird, und daß je Längeneinheit mehr Flüssigkeit mit einer höheren Kammhöhe und mit einem höheren Interferenzfaktor hindurchfließt. Bewegt man sich vom Maximum jeder Kurve in die andere Richtung, so bedeutet das, daß dort engere Abflußkanäle mit einer größeren Gesamtlänge vorhanden sind, und daß die Höhe der Kämme sinkt. Eine zu große_ Enge der Abflußkanäle kann aber auch die Kapazität ungünstig beeinflussen und die Kammhöhen vergrößern. Zwischen diesen beiden Gebieten liegt jeweils ein Gebiet der maximalen Beaufschlagung mit Flüssigkeiten, wobei die Kammhöhe mäßig ist und die Kämme sich wenig berühren. Die festgestellten Maxima sind deutlich in der Fig. 3 gezeigt.

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Zur besten Ausnutzung von Vorrichtungen nach der Erfindnng muß ihre Kapazität für Dampf der Kapazität für Flüssigkeit entsprechen. Eine hohe Kapazität für Dampf wird teilweise dadurch erreicht, daß das für die Abflußkanäle vorgesehene Gebiet klein ist, z.T. auch dadurch, daß keine Behälter vorgesehen sind, in welche die Flüssigkeit von dem Boden abfließt. Die Teile des Bodens, unter welchen sich solche Behälter befinden, können nämlich nicht für die Einführung von Dampf verwendet werden.

So ist z.B. bei den üblichen Querstromböden das inaktive Gebiet, das durch Aufnahmebehälter besetzt ist, größer als das für den Abfluß vorgesehene Gebiet. Diese Nachteile werden bei Vorrichtungen der Erfindung dadurch vermieden, daß die unteren Spalten der Abflußkanäle in den Dampfraum über dem darunter befindlichen Boden münden. Diese unteren Spalten l8 der Abflußkanäle müssen also oberhalb der Zuflußkanäle l6 enden, welche die Schaumhöhe auf dem darunter befindlichen Boden nach Fig. 2 regeln. Dadurch ist es möglich, Aufnahmebehälter überhaupt nicht vorzusehen, und ein maximaler Teil der Bodenoberfläche bleibt frei als aktives Gebiet für den Hindurchtritt von Dampf. Es wird ferner der Zusammenbau der Kolonnen erleichtert· Die Abstände zwischen den einzelnen Böden können innerhalb weiterer Bereiche schwanken, weil kein Überlappen der Abflüsse und der Wehre zur Abdichtung gegen den Dampfdurchtritt notwendig ist.

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Die Andabschnitte l8 und die Zuflußteile l6 der Abflußkanäle müssen so ausgebildet sein, daß große Flüssigkeitsraengen hindurchfließen können* Diese hohe Kapazität muß erreicht werden ungeachtet der Tatsache, daß die geringe Tiefe der Abflußkanäle einen sehr kleinen hydrostatischen Druck zum Abfluß der Flüssigkeit hat. Die Abflußkanäle sind nicht nur kurz, sondern der Pegel der Flüssigkeit in ihnen muß so gehalten werden, daß er das Eindringen von Schaum nicht behindert* Die Abflußkanäle müssen aber auch den Durchtritt von Dampf vermittele des Druckabfalles über den Boden hinweg verhindern. Schließlich muß der Auslaßschlitz jedes Abflußkanals die Flüssigkeit in einem gut gerichteten Strom auf die gelochten Gebiete des darunter be~ findlichen Bodens fördern, ohne daß ein Verspritzen oder ein Ablenken dieser Ströme stattfindet.

Die Höhe der Abflußkanäle muß so sein, daß die in ihnen befindlichen Flüssigkeiten genügend tief unter der Oberkante liegen, um auch bei höheren Beaufschlagungen gut zu arbeiten. Die Tiefe der Flüssigkeit ist gleich der Summe der verschiedenen Energieverluste, wenn der Dampf und die Flüssigkeit den Boden passieren. Es sind die nachstehenden Formeln zu beachten:

H = die Tiefe der Flüssigkeit im Abflußkanal in Zentimetern

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/\ h = der Kopfverlust der Flüssigkeit, die

durch die Abflußkanäle fließt, ausgedrückt in Zentimetern

/ \ P = der Abfall des Gasdruckes über den Boden, ausgedrückt in Zentimetern.

Diesen Bedingungen entsprechen Abflußkanäle nach den Fig. k oder 5 mit einer statischen Abdichtung oder Abflußkanäle nach Fig. 6 mit einer dynamischen Abdichtung.

Bei Abflußkanalen nach Fig. k wird ein länglicher Behälter 120 aus nichtgelochtem Material verwendet, der unterhalb jedes Abflußkanals hängt, und dessen Kanten über den Unterkanten des Abflußkanals sich befinden. In den Behältern 120 steht die Flüssigkeit so hoch, daß eine gute Abdichtung gegen den Hindurchtritt von Dampf erzielt wird. Im Betrieb steht also eine gewisse Menge von Flüssigkeit innerhalb des Abflußkanals und eine weitere Menge in dem länglichen Behälter 120.

Bei Abflußkanalen nach Fig. 5 bildet eine Reihe von sehr kleinen Öffnungen , die kleiner sind als die Löcher in dem Boden 12, eine statische Abdichtung. Das wird z.B. durch ein feines Sieb 220 erreicht. Dieses Sieb ist am Boden des Abflußkanals angebracht und läßt die abwärts fließende Flüssigkeit wegen seiner

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zahlreichen Öffnungen leicht hindurchfließen. Die Abdichtung gegen den Hindurchtritt von Dampf wird durch die starke Oberflächenspannung erreicht, die entwickelt wird, wenn Dampf durch die kleinen Öffnungen hindurchzutreten versucht. Auf diesem Sieb steht eine Flüssigkeitssäule von solcher Höhe, daß der Druckverlust ausgeglichen wird* Der Druckverlust beim Hindurchtreten durch das Sieb muß wenigstens etwa 1,25 cm betragen, um die Flüssigkeit im Abflußkanal zu stabilisieren.

Bei Abdichtungen mit solchen Sieben können die Reibungsverluste vernachlässigt werden. Die Wirkung des Siebes wird durch die nachstehende Formel ausgedrückt:

A_n _ O,OO4O8 IT
^{W P}L^D1

In dieser Formel bedeutet:

/\ h den Verlust durch Oberflächenspannung,

ausgedrückt in Zentimetern der Flüssigkeit

//- die Oberflächenspannung, ausgedrückt in dynes/cm

P₁ die Dichte der Flüssigkeit, ausgedrückt

3
in Gramm/cm

D. die Abmessung der Sieböffnung in Zentimetern.

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Abflußkanäle nach Fig. 6 haben dynamische Abdichtungen in Form von verhältnismäßig wenigen Öffnungen, die üblicherweise erheblich weiter sind, als die Löcher in dem gelochten Boden. Durch diese Öffnungen 320 fließt die Flüssigkeit aus den Abflußkanälen aus. Die Öffnungen können rund oder rechtwinklig sein oder gegebenenfalls auch eine andere Form haben. Die verhältnismäßig großen Öffnungen dichten durch einen geringen ^!anämischen Energieverlust, welchen die Flüssigkeit beim Hindurchgang erleidet. Dieser Energieverlust muß einer Flüssigkeitshöhe von mindestens 4 mm entsprechen und liegt vorzugsweise zwischen 4 und 13 mm, um eine Stabilität zu gewährleisten. Die Brauchbarkeit solcher Abdichtungen hängt auch davon ab, daß die Öffnungen verhältnismäßig weit voneinander entfernt sind. Die Kanten dieser Öffnungen können darüber hinaus herabhängende Lippen haben, um das Abfließen der Flüssigkeit auf den darunter liegenden Boden zu erleichtern.

Die verhältnismäßig großen Öffnungen sollen der nachstehenden Formel entsprechen:

V = C_v

In dieser Formel bedeutet;

V die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Öffnung in cm/Sek.

C ein Öffnungskoeffizient, der je nach der Form der Kante der Öffnung zwischen 0,75 und 0,70 liegen kann

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2 g die Schwerkraftkonstante in cm/Sek.

h_n der Reibungsverlust in Zentimetern Flüssigkeit.

Um eine verläßliche dynamische Abdichtung zu erhalten, müssen auch vorübergehend auftretende Kräfte in Betracht gezogen werden, welche die Tätigkeit des Abflusses unterbrechen können. Wenn der Schaum von den gelochten Teilen der Böden in die Abflußkanäle gelangt, so entstehen wellenähnliche Bewegungen innerhalb der Flüssigkeit beim Aufprallen der Flüssigkeit auf die in den Kanälen schon vorhandene. Diese Bewegungen verursachen örtliche zeitlich begrenzte Schwankungen der Flüssigkeitshöhe innerhalb der Abflußkanäle. Wenn eine solche Welle von genügender Amplitude bis an den Boden des Abflußkanals gelangt, so kann es geschehen, daß der seitliche Zufluß der benachbarten Flüssigkeit nicht ausreicht, um die Flüssigkeit in einer zur Abdichtung erforderlichen Höhe asu halten. Zeitweise wird also Dampf durch die Öffnungen in die Abflußkanäle eintreten.

Ferner ist an ein und derselben Stelle der Druckabfall nicht ganz gleichmäßig, sondern schwankt wegen der Turbulenz des Schaumes· Venn der Druckabfall genügend groß ist, so kann es geschehen, daß auch dadurch Dampf zeitweise von unten in den Abflußkanal eintritt.

■■■.-/-

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Bei Abdichtungen der beschriebenen Art ist es wichtig, daß die Flüssigkeit innerhalb des Abflußkanals, die ein solches Loch umgibt, selbst nach einer kurzen Unterbrechung sofort den Flüssigkeitsdurchfluß durch die Öffnung wieder herstellt. Um das zu erreichen, müssen die Öffnungen entlang dem unteren Ende der Abflußkanäle so angeordnet und verteilt sein, daß der Flüssigkeitsdruck bei einer Öfinung oder einer Gruppe von Öffnungen nicht soweit herabgesetzt wird, daß Dampf eintreten kann. Ungestörte benachbarte Flüssigkeit übt einen seitlichen und abwärts gerichteten Druck aus und dieser Druck dichtet dann die Öffnung gleich wieder ab. "

Im allgemeinen können in richtigen Abständen angeordnete Öffnungen selbst vorübergehendes Eintreten von Dampf wieder ausgleichen, ohne eine dauernde Unterbrechung des Flüssigkeitsstromes, weil der hydrostatische Effekt der vorübergehenden Störung lokalisiert und isoliert wird durch dichte ungestörte Flüssigkeit. "Eng benachbarte Öffnungen können aber vorübergehende Störungen verursachen, weil die Blasen auch seitlich über den Öffnungen wandern. Wenn dies geschieht, so wird die Abdichtung schnell entlang der ganzen Länge des Abflußkanals gestört. Es strömt durch den Abflußkanal in einem solchen Fall keine Flüssigkeit hindurch, wenn nicht der Abflußkanal mit Schaum soweit überflutet wird, daß er eine praktisch untragbare. Höhe hat.

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Die großen Öffnungen nach Pig. 6 können bequem in weiteren Abständen voneinander angeordnet sein, da nur wenige von ihnen erforderlich sind. Der Eintritt von Dampf durch eine dieser Öffnungen beeinflußt nicht die Abdichtungen durch die benachbarten Öffnungen. Es wurde ferner beobachtet, daß beim Wachsen des Durchmessers der Öffnungen die Blasengröße abnimmt, so daß die Gefahr einer Störung weiter verringert wird.

Andererseits müssen kleine Öffnungen in großer Zahl und nächster Nachbarschaft zueinander vorgesehen sein, um einen ausreichenden Abfluß der Flüssigkeit sicherzustellen· Eine seitliche Bewegung der aufsteigenden Dampfblasen stört das ganze System. Bei kleinen Öffnungen ist der Durchmesser der Dampfblasen häufig gleich oder größer als der Durchmesser der Öffnungen, was weiterhin die Störungen von einer Öffnung zur anderen fördert.

Öffnungen nach Fig. 6 mit den oben erwähnten Vorteilen haben vorzugsweise einen Durchmesser von 3,8 bis 9,5 mn. Die Größe und die Zahl der Öffnungen auf der Abdichtung müssen so gewählt werden, daß der hydrostatische Druck der Flüssigkeit wenigstens um k mm abnimmt.

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Es ist weder erwünscht noch notwendig, daß die Öffnungen gleichmäßig verteilt sind. Vier oder fünf solcher Öffnungen können beispielsweise benachbart angeordnet sein, unter der Voraussetzung, daß ein genügender Abstand zwischen den einzelnen Gruppen besteht. In solchen Fällen beeinflussen die durch eine Gruppe eintretenden Dampfblasen die anderen Gruppen nicht. Vier oder fünf ist etwa die obere Grenze für die Zahl der Öffnungen in jeder Gruppe. Die Abstände zwischen den einzelnen Gruppen sollten wenigstens zwei- bis dreimal so groß sein, wie die Durchmesser der Öffnungen, sollten aber nicht weniger als 2,5 cm betragen.

Die Anordnung der Böden in der Kolonne kann auch die Verteilung der Öffnungen beeinflussen. Vorzugsweise sollten die Böden so angeordnet sein, daß die Reihen der Öffnungen etwa senkrecht zueinander liegen. Die Fig. 10 zeigt eine solche Anordnung. Die

Öffnungen sollten auch so angeordnet sein, daß die Flüssigkeit nicht direkt in den darunter liegenden Abflußkanal fließt. Bei einer derartigen Anordnung sind die Öffnungen oberhalb der ganzen Flache Jedes Bodens verteilt.

Nachstehend soll beispielsweise die Aufarbeitung eines Gemisches aus Propan und Propylen beschrieben werden. In jeder Sekunde werden 65 1 der Flüssigkeit in eine Kolonne mit einem

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15-1972$·

Durchmesser von 2₁kk u eingeführt. Jeder Boden hat parallel angeordnete Abflußkanäle mit einer Gesamtlänge von 11,4 m. Bei einen Rückflußverhältnis von 50 % fließen in jeder Sekunde 32,5 1 ab, so daß die Abflußkanäle eine Stabilität für diese Menge gewährleisten müssen.

Für eine Ausführungsform nach Fig. 5 muß P-. = 0,48 g/cm betragen und jr etwa k dynes/cm. Der Wert für h muß bei Abdich-

-W- ' . Yf

tungen mittels Sieben größer sein als der Wert für h_D bei Abdichtungen mit Öffnungen, weil auf der Oberflächenspannung beruhende Abdichtungen nach Eintreten von Dampf nicht ganz so leicht sich wieder schließen. Bei einem Wert von 1,27 cm für h errechnet sich der Wert -für D nach der Gleichung (I)*zu 0,0267 cm. Öffnungen dieser Größe (D ) können in verschiedenen Sieben erreicht werden. Setzt man z.B. ein offenes Gebiet (f) von 25 % voraus, und läßt m den Abstand der Drähte, gemessen vom Mittelpunkt zum Mittelpunkt, sein, so erhält man die nachstehenden Formeln:

(ο	,0267)
	2 ra
= ο,	053 cm

Die Maschenweite der Siebe M beträgt _1_ oder l8,9 Maschen je cm.

m Der Drahtdurchaesser

ά_χ » m - D₁ « 0,053 - 0,026 » 0,027 cm (a)

009848/1398- "^A

Die Kennzeichnung des Siebes ist also 1,9 χ 19 Maschen χ 0,027 cm.

Zur Berechnung einer dynamischen Abdichtung mit Öffnungen wird die nachstehende Formel verwendet:

0,7 Y 2 χ 98I x 5,O8 = 22,1 cm/Sek.

Die gesamte Fläche der Öffnungen jedes Bodens wird nach der nachstehenden Formel errechnet:

A_g =32,5 x 1000/22,1 β 1470 cm² (4)

Bei Verwendung.kreisförmiger Öffnungen alt einem Duchmesser von 3t17 cm ist die Zahl der Öffnungen auf jedem Boden

1470/(3,17² fjf/k) »186 (5)

Die Zahl der-Öffnungen je Längeneinheit der Abflußkanäle wird nach der nachstehenden Formel berechnet:

N_s/L_D = 186/11,4 « 16 Öffnungen je Meter (6)

Der Wert für den Ausdruck N₈/L_n muß jetzt tiberprüft werden, um sicherzustellen, daß er verträglich ist mit dem gesamten Inhalt

; ■■*/ ; ■■-.■■■ \ ■■ - ^: ■ ./-

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der Abflußkanäle. Hierbei muß beachtet werden, daß eine ganze Zahl von Öffnungen erforderlich ist, um die Flüssigkeit zwischen zwei Abflußkanälen auf den unterhalb befindlichen Boden abfließen zu lassen. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 10 gezeigt. Wenn dir Abstand zwischen den Abflußkanälen 30,5 cm beträgt, so ist eine solche Überprüfung unnötig. Im vorliegenden Falle beträgt der Abstand zwischen zwei Abflußkanälen für eine Gesamtlänge der Kanäle von 11,4 m auf einem Boden mit einem Durchmesser von 2,44 m, 35i6 cm.

Es wird also die Formel verwendet:

(35,6/30,5) (Ng/Ljj) = 1,17x16 = 18,7 (7)

Der erhaltene Wert entspricht beinahe der ganzen Zahl 19· Das ist also die Zahl der Öffnungen, die unten bei jedem Abflußkanal vorgesehen wird. Wenn der Wert für den Ausdruck N /L_n bei etwa 17₅5 Hegt, so muß die Rechnung wiederholt erden, um einen anderen Durchmesser der Offnungen zu finden. Andernfalls würde der Unterschied im Werte h sehr verschieden sein von dem gewünschten Wert von 5 cm.

Die Fig. 7 zeigt den durch die Erfindung erzielten Fortschritt im Vergleich mit einem üblichen Querstromboden, der in der

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Nähe der maximalen Kapazität betrieben wurde. Die Kurve A für den Querstromboden wurde erhalten mit einer Wehrlänge b beim Einlaß des Abflusses von 70 % des Bodendurchmessers D und bei einer Beaufschlagung mit Flüssigkeit von 23,2 l/Sek. pro Meter Wehrlänge, was eine sehr hohe Belastung ist. Die Kurve B wurde mit einem erfindungsgemäßen Boden erhalten mit mehreren in Abständen von 20,3 cm voneinander angeordneten Abflußkanälen von 6,35 cm Weite, und mit einer Flüssigkeitsbeaufschlagung Q./b von 0,99 l/Sek. pro Einheit der Wehrlänge. Wie man sieht, erreicht man mit einem erfindungsgemäßen Boden nach der Kurve B einen maximalen Durchfluß je Einheit der Bodenfläche Q./A_, der gleichmäßig und unabhängig von dem Durchmesser des Bodens ist. Dagegen nimmt dieser Wert bei den bekannten Böden mit zunehmendem Durchmesser stark ab. Die Erklärung liegt darin, daß bei den üblichen Böden die Länge des Wehres proportional ist der ersten Potenz des Bodendurchmessers, während die gesamte Fläche des Bodens proportional der zweiten Potenz des Durchmessers ist.

Rechnet man das zahlenmäßig aus, so findet man, daß ein üblicher Boden mit 21,2 l/Sek. beaufschlagt werden kann, während die Beaufschlagung von erfindungsgemäßen Böden 37»^ l/Sek. betragen kann oder 175 % der Kapazität. Vergrößert man den Durchmesser des üblichen Bodens auf 1,82 m. so erhält man eine

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mögliche Beaufschlagung von 32,0 l/Sek., die nur I50 % größer ist als die Beladungsmöglichkeit von Böden mit einem Durchmesser von 1,22 m. Vergrößert man dagegen den Durchmesser eines Bodens nach der Erfindung auf 1,82 m, so erhält man eine Beaufschlagungsmöglichkeit von 84,1 l/Sek., die 225 % größer ist als die Kapazität von Böden mit einem Durchmesser.von 1,22 m. Die Zunahme der Kapazität mit Vergrößerung des Bodendurchmessers ist also bei erfindungsgemäßen Böden etwa doppelt so groß als bei bekannten Böden.

Die Fig. 8 zeigt die Verbesserungen bei der Schaumhöhe bei verschiedenen Beaufschlagungen von Böden gemäß der Erfindung im Vergleich zu üblichen Querstromböden. Die Kurven geben die Ergebnisse von Versuchen mit Luft und Wasser wieder. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Luft von 1,22 ra/Selt. und einer Bodenoberfläche mit Löchern von 4,76 era Durchmesser und 13,8 % freien Gebietes. Das Verhalten wird gezeigt für drei übliche Querstromböden mit Durchmessern von 2,13; 1»52 und 0,91 m (Kurven A, B und C)'. Wie bei den Versuchen nach Fig. 7 betrug die Länge des Wehres 70 % des Durchmessers des Bodens·

Die Steilheit der Kurven zeigt, daß die Schaumhöhe bei Zunahme der Beaufschlagung sehr stark zunimmt. Die Kurve B beschreibt das Verhalten eines Bodens gemäß der Erfindung mit Abflußkanä-

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. - 35 -

len von 6,35 cm Weite, in Abstäfaden von 20 cm von Mitte zu Mitte mit Überflußwehren von 2,5^ cm Höhe. Wie schon bemerkt, wird das Verhalten solcher Böden nicht beeinflußt vom Durchmesser der Säule, eine einzige Kurve kann also verglichen werden mit den Kurven A, B und C. Wie man sieht, entsteht bei der Kurve B ein sehr viel niedrigerer Schaum, der auch viel weniger schwankt als bei den Kurven A, B und C. Das heißt also, daß Böden gemäß der Erfindung näher übereinander angeordnet sein können und weniger leicht überflutet werden. Eine Kolonne gemäß -der Erfindung kann also mit größeren Flüssxgkeitsmengen beaufschlagt werden und gibt hierbei schärfere Trennungen selbst in Kolonnen, die eine gringere Höhe haben* Kolonnen von sehr großem Durchmesser können also entworfen und betrieben werden, ohne Komplikationen, die auf die Gradienten, Überladung und übermäßige Schaumhöhe zurückzuführen sind.

Die Fig. 9 zeigt die Überlegenheit von Vorrichtungen gemäß der Erfindung beim Betrieb mit Luft-Wasser-Gemischen bei einer Zu— flußmenge von 12,48 l/qm/Sek. Die Kurve A gibt das Verhalten eines üblichen Querstrom-Bodens mit einem Durchmesser von 2,13 n't die Kurve B das Verhalten eines üblichen Querstrombodens mit einem Durchmesser von Ό,91 m, die Kurve C das Verhalten eines gerieften Bodens und die Kurve D das Verhalten eines Bodens gemäß der Erfindung wieder. Da das Verhalten von Querstrom-

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BAD ORIGINAL

boden abhängig ist vom Durchmesser der Boden, wurden als vernünftige Werte Böden mit einem Durchmesser von 2,13 und 0,91 m verwendet. Die Vorzüge von Böden gemäß der Erfindung sind leicht zu sehen. Es wird nur ein weniger hoher, weniger empfindlicher Schaum erzeugt, sondern die Werte sind auch wesentlich besser als die mit dem gerieften Boden erhaltenen. Der steile senkrechte Anstieg der Kurve C für den gerieften Boden zeigt ein Überfluten an.

Wegen der leichteren Regelbarkeit der Schaumhöhe können die Böden in der Kolonne näher zueinander angeordnet sein. Der Mindestabstand der einzelnen Böden setzt sich zusammen aus der Höhe der Abflußkanäle und der Höhe des Schaumkammes, wozu noch ein kleiner Zwischenraum kommt, der vorzugsweise wenigstens 2 cm beträgt.

Die gute Verteilung der Flüssigkeit wird in der Fig. 10 gezeigt Hierbei werden vorzugsweise wenigstens drei Abflußkanäle, em besten mehr als die in Fig. 10 gezeigten, verwendet. Bei Verwendung von drei Abflußkanälen sind die sehnenförmigen Gebiete auf nur etwa 20 % der gesamten Bodenfläche reduziert, und ein Boden besitzt alle die Vorteile beim Betrieb, die oben beschrieben sind.

* 00 98 Λ 8 /1396

■■■·..■ -37 -

Die Fig. 10 zeigt die bevorzugte Anordnung der Abflußkanäle, wenn Abflußöffnungen verwendet werden. Die gestrichelten Abflußkanäle befinden sich auf dem nächsten darunter befindlichen Boden. Bei Böden gemäß der Erfindung ist auf jedem Boden die Flüssigkeit in verschiedene Anteile unterteilt, die infolge der dazwischen liegenden nehre und Abflußkanäle nicht miteinander gemischt werden. Um daher das beste Arbeiten von Kolonnen mit Böden gemäß der Erfindung sicherzustellen, sollten die Boden etwa so übereinander angeordnet sein, wie die Fig. 10 es zeigt. Die Verwendung von Abflußöffnungen erlaubt ein genaues Führen der abfließenden Flüssigkeit auf die aktiven Bereiche der unterliegenden Böden und vermeidet ein direktes Einfließen der Flüsigkeit in die darunter liegenden Abflußkanäle.

Nach den Fig. 4 und 5 ist eine solche Anordnung der Abflußkanäle nicht angebracht. Wenn die Abflußkanäle in einem Winkel von 90 übereinander angeordnet sind, so fließt ein gewisser Teil der Flüssigkeit direkt in den darunter liegenden Abflußkanal. Das kann vermieden werden durch parallele Anordnung der Abflußkanäle in aufeinanderfolgenden Böden, wobei die Kanäle gestaffelt oder gegeneinander versetzt angeordnet sind. Bei einer richtigen Ausführung können die Böden identisch sein und in einem Winkel von l8o zueinander angeordnet werden. Um das Hineinfließen der Flüssigkeit in die darunter liegenden Abflußkanäle zu vermeiden, können gewisse Teile auch von oben abgedeckt sein. 0 0 9 8 4 8/1396 "⁷"

Eine abgeänderte Ausführungsform mit mehreren Abflußkanälen wird in Fig. 11 gezeigt. Das Material des eigentlichen Bodens ist gelocht oder siebförmig und gerieft oder gefaltet, und nicht eben wie in Fig. 1 gezeigt. Diese Riefen oder Falten wirken ebenso wie bei den bekannten gerieften Böden, wobei Streifen von verschiedenem hydrostatischen Druck zwischen den einzelnen Abflußkanalen entstehen. Der Druck über den Tälern genügt, um die Flüssigkeit auf den darunter liegenden Boden tropfen zu lassen. Der Dampf tritt nach oben aus den Erhöhungen der Riefen aus, wo der hydrostatische Druck geringer ist. Die durch die Riefen nicht geförderte Flüssigkeit fließt über die Wehre in die mehreren Abflußkanäle, gibt den Dampf frei und fällt schnell durch die Dichtung hindurch. Solche Riefen dermöglichen eine weitere stärkere Beaufschlagung je Einheit der Bodenfläche, als sie mit den anderen erfindungsgemäßen Böden möglich ist. Das unkontrollierte Abtropfen der Flüssigkeit aus len Riefen läßt einen kleinen Teil dieser Flüssigkeit direkt in die Abflußkanäle fallen, die auf dem darunter liegenden Boden vorgesehen sind. Die Riefen nach Fig. 11 bringen ferner dieselben Nachteile mit sich, wie sie oben für die üblichen gerieften Böden geschildert sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ergänzen die Riefen lediglich die Abflußkapazität der Abflußkanäle. Selbst bei Verwendung solcher Riefen ist die Schaumhöhe nicht größer, als sie es normalerweise bei anderen

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Böden gemäß der Erfindung ist. Der größere Teil der Flüssig- » keit wird auch hierbei durch die Abflußkanäle gefördert, wodurch eine regelbare Schaumhöhe mit hohen Beaufschlagungen von Flüssigkeit und Dampf erzielt wird.

■Die nachstehenden Beispiele zeigen die Wirkungsweise von Böden nach der Erfindung im Vergleich mit üblichen Querstromböden
bei der destillativen Aufarbeitung von Gemischen aus leichten
Kohlenwasserstoffen,

Beispiel I	Zufuhr	Gewichts-Prozent	Sumpf
	0,7	Destillat	-
Zus ammens et zung	2^,5	2,8	3,0
C₃Hg .·■■"-■-	0,1	96,0	0,1
^iCAo	73 Λ	0,2	95,2
ⁱ⁽V^la	1,3	1,0	1,7
TiC ι H - it. to	58 390	- ■	kk 910
^iC5^H12		13 500	nach der Erfindung 1 Abflußkanälen von ,35 cm Weite
Menge (kg/Std.)		Querstrom- Boden boden mit 1 6	305
	(cm 356	12,7
Bod end ur c lim.es s er	23,	2,3
Schaumhöhe (cm)	AP je Boden (ramHg) k,

	,6
, 1

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BAD

Querstrom- Boden nach der Erfindung boden mit 11 AbflußkanöLen von

6,35 cm Weite

Abstand der Böden (cm

Q_L/b (1/Sek. χ Meter) P L (g/cm )

L (g/cm²)

47,0
46,4

0,5
0,026

35,6 2,78

0,5 0,026

Dieses Beispiel zeigt, daß bei einer gegebenen Anzahl von Böden mit erfindungsgemäßen Böden derselbe Trenneffekt in einer" Kolonne von geringerem Durchmesser und geringerer Höhe erzielt' wird, wobei der Druckabfall auf jedem Boden erheblich niedriger ist. ■

Beispiel II

Gewichts-Prozent

Zusammensetzung

Zufuhr

Destillat

Sumpf

C₃H₆
C₃H₈

47,5 29,5 23,0

87,0
13,0

8,6 45,7 45,7

Bo.dendurchmess.or (cm)

Anzahl der iiö'len Abstand der B'i'i'-π (cm) Zuffihrmengp

Vnr.li.i 11ni^c W

Querstrom* Boden nach der Erfindung Boden mit 9 Abflußkanälen von

3,8 cm Weite

147

80
25,4

1OO ■%

147

98

20,3

% 75 % 0,895

BAD ORIOINAL

Dieses Beispiel zeigt, daß in einer Kolonne von gegebenem Durchmesser und einer gegebenen Höhe mit Böden gemäß der Erfindung derselbe Trenneffekt bei einer höheren Zufuhrmenge erreicht wird. Man kann mehr Böden höherer Wirksamkeit in die Kolonnen einbauen, wobei die Trennung bei Aufrechterhaltung eines geringeren Verhältnisses L/V erreicht wird.

Die Fig. 12 zeigt einen Schnitt einer bevorzugten Konstruktion eines erfindungsgemäßen Bodens. Jeder der Abflußkanäle 10 besteht aus einem U-förmigen Teil 22 mit ungelochten Seiten l4 und einem Bodenteil, der Auslässe 20 in Form von verhältnismäßig großen Öffnungen hat. Die Enden der Abflußkanäle sind durch Gurte 2k zusammengehalten. Führungen 26 sind entlang den äußeren Oberflächen der Seitenwände Ik vorgesehen, um die einzelnen gelochten Platten 28 zu halten, durch welche die eigentliche Berührung zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit erzielt wird. Wenn der Teil 22 aus einem leicht formbaren Stoff, wie Aluminium, besteht, kann man auch die Führungen 26 während der Herstellung der Teile 22 mit ausziehen. Man kann aber die Führungen 26 auch durch Winkelträger oder andere ähnliche Mittel befestigen, z.B. durch Schweißen oder Löten an den Wandungen Ik.

Zur Erleichterung der Herstellung erstrecken die Kanäle 10 sich nicht bis zu den Kanten des Bodens, sondern enden in einer

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kurzen Entfernung von der Kante, wobei ein Zwischenraum verbleibt, der durch eine gelochte Platte oder eine nichtgelochte Platte 30 eingenommen sein kann. Da diese Teile nur einen geringen Anteil des gesamten Bodens ausmachen, so ändert die Verwendung von nichtgelochten Platten die Wirksamkeit des Bodens nicht merkbar.

Wenn die gelochten Bodenplatten 28 an ihren Stellen an den Seitenwandungen \k der Abflußkanäle befestigt sind, z.B. durch Anschweißen oder Anlöten an den Führungen 26, so bringt man den Boden in die Kolonne und befestigt ihn an den Kolonnenwandungen 32 durch geeignete Mittel, wie Winkelträger 3^ und 36.

Baut man Böden, bei welchen jeder Abflußkanal 10 sich von Kante zu Kante des Bodens erstreckt, wie es in den Fig. 1 und 12 gezeigt ist, so bilden diese Abflußkanäle Bauelemente des Bodens, welche die benachbarten Teile des perforierten Bodens 12 stützen und den Boden selbsttragend machen. Die aufeinanderfolgenden Böden in der Kolonne brauchen nicht getragen zu werden und nicht durch besondere Abstandshalter getrennt zu sein. Die Starrheit der Seitenwände der Abflußkanäle kann auch vergrößert werden durch beispielsweise schlangenförmige Streifen nach Fig· 5» die so eingebaut sind, daß sie dem Abfluß der Flüssigkeit in senkrechter Richtung einen möglichst geringen Widerstand bieten.

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- hy -

Der Gegenstand ,der Erfindung ist natürlich nicht beschränkt auf die beispielsweise gezeigten Ausführungsformen. Abänderungen sollen auch in den Schutzbereich fallen. Man kann z.B. die großen Abflußöffnungen nach Fig* 6 zusätzlich mit einem Sieb nach Fig. 5 abdecken, wobei die Wirkung dieser beiden
Mittel sich addiert.

SAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ineriihrungbringen von Dämpfen mit Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren übereinander angeordneten, mit Abflußkanälen versehenen Böden, bei denen der größere Teil der Bodenfläche aus einer gelochten Platte besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Ab — fluß auf jedem Boden mehrere enge Kanäle mit uagelochten Seitenwänden und einem durch die abfließende Flüssigkeit ■ abdi-chtbaren Ende vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nz e i c h η e t, daß die Fläche jedes Bodens durch etwa parallel verlaufende Abflußkanäle in Abschnitte etwa gleicher Größe je Längeneinheit der Kanäle geteilt ist;

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek enn ζ e i c hn e t, daß die Seitenwände der Abflußkanäle wehrsrtig über den Boden heraufragen.

km Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Abflußkanäle eine solche Tiefe haben, daß in ihnen eine zur Abdichtung gegen Dampf genügende Flüssigkeitssäule entstehen kann.

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-I₁₅-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, d a d u r ch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Ausflußöffnung aus den Abflußkanälen enger ist als ihr sonstiger Querschnitt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß unterhalb der Ausflußöffnung jedes Abflußkanals ein länglicher Aufnahmebehälter mit ungelochten Wandungen für die abfließende Flüssigkeit angeordnet ist, dessen obere Wandkanten höher liegen als die unteren Kanten der Abflußöffnungen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnungen der Abflußkanäle durch Siebe abgeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnungen der Abflußkanäle durch gelochte Teile abgeschlossen sind, wobei der Durchmesser, dieser Löcher größer ist, als der Durchmesser der Löcher in dem gelochten Boden.

9. Vorrichtungnach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e η η-zeichnet, daß jedes der Löcher in dem Abschlußteil eine herabhängende Lippe hat.

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- kG -

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Löcher in dem Abschlußteil rund sind und einen Durchmesser von 3 »8 bis 9,5 mm hab en.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher in dem Abschlußteil rechtwinklig sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a du rch gekennzeichnet, daß die Löcher in den Abschlußteilen in Gruppen von nahe beieinander liegenden Löchern angeordnet sind.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u rch gekennzeichnet, daß die Seitenwände jedes Abflußkanals Führungen haben, durch welche der gelochte Boden getragen¹ wir.d.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u rch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnungen jedes Abflußkanals in den Dampfraum über dem darunter liegenden Boden münden.

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7 -

15. Vorrichtung nacli einem der Ansprüche 1 bis l4, dadurch g e k e η η ζ e u c h η e t, daß in den jeweils übereinander liegenden Böden die Abflußkanäle in einem Winkel von etwa 90 zueinander stehen.

16. Veri'iihren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis I5, d a d u r c h gekennzei cn-η e t, daß man die Flüssigkeit in einer solchen Menge zuführt, daß der Kammfaktor C_t der nach der Formel

c =

h
ο

berechnet wird, wobei h die beobachtete Höhe des Schaumkammes ind h die Höhe des Schaumkammes bei demselben Zuo

fluß bei einem einzigen Abflußkanal bedeutet, einen Wert von weniger als 1,3 hat.

17· Verfahren nach Anspruch l6, dadurch g e k e η η-z e ic h'n e t_t daß man die Flüssigkeit aus unten mit einem Sieb abgeschlossenen Abflußkanälen mit einer solchen Geschwindigkeit abfließen läßt , daß der hydrostav ti'söhe Druckverlust in jedem Abflußkanal wenigstens 1,3 cm Flüssigkeitssäule trägt.

98 6 8/13 96 ^{BAD OmGINAL}

- kB -

Verfahren nach Anspruch l6, d a d u r- c h gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit aus unten mit Löchern versehenen Abflußkanälen mit einer solchen Geschwindigkeit abfließen läßt, daß der hydrostatische Druckverlust in jedem ^Abflußkanal wenigstens k mm Flüssigkeitssäule beträgt.

0 G 9 C L Z I 1 ? 9 6

_BAD