DE1667021A1

DE1667021A1 - Verteilvorrichtung fuer Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1667021A1
Application number: DE19671667021
Authority: DE
Inventors: Loboda Wesley J; Hochman Jack M
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co; Esso Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1966-10-28
Filing date: 1967-06-01
Publication date: 1971-06-03
Also published as: US3479146A; GB1190282A; DE1667021B2; BE705751A; NL6709898A; NL161681C; SE320051B; NL161681B

Description

Pur diese Anmeldung wird die Priorität der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 590 3^0 vom 28. Oktober I966 in Anspruch genommen.

Diese Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Verteilereinrichtungen für Flüssigkeiten und dient speziell zur verbesserten Verteilung von in eine Kontaktkammer einzuspeisende Flüssigkeit, in der die Flüssigkeit mit Feststoffen zusammengebracht und der eingespeiste Flüssigkeitsstrom möglichst gleichmäßig durch das Kontaktbett geleitet werden soll. Die erfindungsgemäße Verteilervorrichtung für Flüssigkeiten ermöglicht eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung eines solchen Stromes und eine gleichförmige Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei vielen verschiedenen Einspeisgeschwindigkeiten.

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In einer Plüssigkeit-Feststoff-Kontaktkammer tritt häufig der Fall auf, daß ein flüssiger Beschickungsstrom durch eine Öffnung mit einem relativ kleinen Durchmesser.-in die Kammer eintritt und dabei in einen sehr viel weiteren Bereich, gewöhnlich in den über den ganzen Innenraum der Kammer sich erstreckenden Bereich, gerichtet wird, und man erwartet, daß er gleichmäßig über diesen Bereich fließt. V/enn im Inneren der Kammer ein Feststoffbett relativ großer Stärke vorhanden ist,

^ dann erfolgt in diesem meist ein ziemlich hoher .Druekab-■ fall innerhalb des Bettes. In den Fällen, in denen -_^vin solcher hoher Druckabfall auftritt, wirkt das Bett alssolches als ein wirksamer Flüssigkeitsverteiler und tragt mit dazu bei, daß die Flüssigkeit, die durch das Bett hindurchströmt, mit einer ziemlich gleichmäßigen Geschwindigkeit hindurchfließt. In den Fällen jedoch, in denen ein relativ dünnes Feststoffbett vorliegt und nur ein geringer Druckabfall vorhanden ist, kann man nicht darauf bauen, daß infolge des Bettes eine glelch-

" mäßige Flüssigkeitsverteilung geschaffen wird, vielmehr ist dann die Ausgestaltung der Verteilvorrichtung für die eingespeiste Flüssigkeit dafür wesentlich. Erfindungsgemäß wird eine neue und verbesserte Verteilvorrichtung für Flüssigkeiten, wie einen solchen Besehikkungsstrom, in Vorschlag gebracht, die insbesondere dann wichtig ist, wenn diese schlechten Flüssigkeitsverteilungen vermieden und ein gleichförmiges Flüssigkeitsprofil über ein Feststoffbett, wie beispielsweise

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ein Katalysatorbett in einem Reaktionsbehälter, geschaffen werden soll.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße neue Verteilvorrichtung für Flüssigkeiten aus einer Vielzahl von radial im Abstand angeordneten ersten Steuerflächen, die einen äußeren Abstand haben, der im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser des Einspeis-Stroms. Diese. Steuerflächen tragen eine erste ringförmige Leitwand, eine konisch geneigte

zweite Leitwand und eine an der tiefsten Stelle vor- '

handene kugelige Leitwand.· Die kugelige Leitwand hat eine Vielzahl von Öffnungen oder Perforationen, durch die ein begrenzter Teil des Flüssigkeitsstroms direkt hindurchtreten kann. Die Anzahl der Perforationen und die Krümmung der kugeligen Leitfläche an der tiefsten Stelle der Verteilvorrichtung werden so ausgewählt, daß der Flüssigkeitsstrom bei in weiten Bereich unterschiedlichen Einschweißgeschwindigkeiten auf einen beliebigen Punkt des darunter gelegenen Festbettes ge- i richtet ist. Die konisch geneigte Leitwand, die im Abstand zwischen der ringförmigen quer gerichteten . ersten Leitwand angeordnet ist, dient wirksam dazu, die Abtrennung von Flüssigkeit in dem Strom, der von den Kanten der unteren kugelförmigen Leitwand und den Kanten der konischen Leitwand abfließt, gering zu halten. Diese Verminderung der Strömtellung zwischen den jeweiligen Flüssigkeitswegen verhindert Strudelbildung

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'.. zwischen angrenzenden Strömen,

per Erfindungsgegenstand stellt eine -yerbesserte und neue Verteilvorrichtung für eine einströmende Flüssigkeit dar., mit der man wirksam einen gleichförmigen Geschwindigkeitsgradienten über ein in seiner Breite wesentlich vergrößertes Profil, verglichen mit dem Profil des Einspeisstroms, schaffen kann. Die erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung ist insbesondere wertvoll für die ,Verwendung in einem ein 9k . ■ Katalysatorbett-enthaltenden Reaktionsbehälter.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispielsweise veranschaulicht und.im - Zusammenhang damit näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen Behälter, in dem einFlüssigkeitsstrom in

.-.■-.■ Kontakt mit einem Bett aus festem oder halb-' festemMaterial gebracht werden soll,

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Fig, 2 einen vergrößerten Querschnitt einer erfindungsgemäßen Verteilvorrichtung für.Flüssigkeiten,- nach 2-2 der Fig. 3/ und

. . Fig. j5 eine Ansieht von oben auf die Vertex Ivor-

richtung der Fig.. 2. -..:■'-

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In den Zeichnungen 1st in Fig. 1 ein Reaktionsbe- ■

halter 10 mit einem Flüssigkeitseinlaß 12 und einem Auslaß 14 dargestellt. In dem Behälter 10 ist auf einer unteren Siebunterlage 16 eine Schicht von inerten keramischen Teilchen oder sonstigem geeigneten Material 18 angeordnet. Oberhalb der Siebunterlage 16 und der inerten Schicht l8 befindet sich ein mit 20 .bezeichnetes Katalysatorbett. Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung wird dieses Bett 20 als aus Katalysatormaterial bestehend angesehen. Dabei muß jedoch beachtet werden, daß die spezielle Zusammensetzung des Bettes 20 im Rahmen dieser . jf Erfindung ohne Bedeutung ist. Das Bett 20 kann demzufolge aus irgendeinem beliebigen Material, wie beispielsweise Quarz Chips, einem Katalysator in Form von Pellets, Kugeln, oder alternativ aus Teilchen eines sorptiven Materials, wie beispielsweise Silizium·Dioxyd-Gel, aktivierte Holzkohle oder Molekularsieben bestehen.

Oberhalb des Bettes 20 ist eine weitere obere Schicht · aus inerten Keramikkugeln (allgemein als 22 bezeichnet) . vorgesehen. Die Kugeln 22 wirken als Verteilstrom für die Beschickungsflüssigkeit* die durch den Flansch 12· eintritt, und sie dienen ferner dazu, jegliches Abblasen oder eine sonstige direkte Störung der oberen Fläche des Bettes 20 durch die einströmende Flüssigkeit zu verhindern.

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Es ist äußerst wünschenswert, daß bei der Einführung . einer Beschickungsflüssigkeit durch den Einlaß 12 zum Kentakt mit dem festen Material in dem Bett 20 ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil ohne unerwünschte Verteilung und ohne Staupunkte resultiert, damit man eine gleichförmige Reaktion in dem Bett-Material erhält. Dieses Ausbreiten oder Verbreitern eines Flüssigkeitsstroms', der in dem Einlaß 12 eine hohe Geschwindigkeit hat, zu einem gleichförmigen Geschwindigkeitsgradienten über den erheblich verbreiterten Durchmesser tk des Behälters 10 erreicht man mit der erfindungsgemäßen Verteilvorrichtung 24 für die Beschiclcungsflussigkeit.

Eine spezielle Konstruktion einer solchen Verteilvorrichtung 24 für die BeSchickungsflüssigkeit läßt sich in den Einzelheiten deutlicher aus den Figuren 2 und 3 erkennen. Die Verteilvorrichtung 2.4 weist vier in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnete Haupt- oder erste radiale Leitwände 28 auf, die an ihren oberen Enden in geeigneter Weise, z.B. durch Verschweißen oder mit sonstigen Befestigungseinrichtungen an dem untersten Ende eines kubusförmigen Füllstückes 26 befestigt sind, und das Füllstück 2o sitzt seinerseits innen in dem Einlaß 12. Eine schüsseiförmig geformte teitwand ^O ist an gebogenen Vorsprüngen in den unteren inneren Ecken der radialen Leitwände 28 befestigt. Die kugelige, schüsseiförmige Leitwand 30 weist eine Mehrzahl von Öffnungen oder Perforationen

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auf, von denen eine zentral in der Linie der Mittelachse der Flüssigkeitsverteilvorriehtung 2k gelegen ist. Der Krümmungsradius der Leitwand; 30 ist vorzugsweise- in dem mit 3^ bezeichneten Punkt gelegen, so daß die sehüsselförmlge Leitwand keine volle Halbkugelkappe darstellt, sondern einen kleineren Teil einer Halbkugel bildet. Direkt unterhalb der Endkante des Füllstückes 26 ist eine obere ringförmige Leitwand J>6 vorgesehen, die an den ersten Leitwänden 28 in der angezeigten Lage befestigt ist und diese im Abstand voneinander hält.. Zur weiteren Verstärkung und zur Ausrichtung des Stromes der Be- - ■ J schicKungsflüssigkeit ist eine mittlere konische Leitwand 38 zwischen der Leitwand 36" und der kugelförmigen Leitwand 30 angeordnet. Die Innendurchmesser der ringförmigen Leitwände 56 und 38 sind progressiv kleiner gehalten In dein Maße, als sie in weiterem Abstand von dem Einlaß strom gelegen.sind. Dadurch wirkt die erste Leitwand 36,- wenn sie. mit der einströmenden Flüssigkeit in Kontakt kommt, in der Weise, daß die äußeren kreisförmigen Teile des Stromes abgetrennt werden. Danach trifft der Teil des Flüssigkeitsstromes, der durch den inneren Durchmesser der Leitwand 30 hindurchgeht, auf die kleinere Öffnung in der* Mitte der Leitwand 38 und wird dort in seiner Abmessung vielter reduziert. Es sollte darauf geachtet . werden, daß der innei-e Durchmesser der Leitwand 38 so gewählt wird, daß er kleiner ist als der äußere Durchmesser der unteren Außenkante der schüsseIfÖrmigen Leitwand 30. Ii.adu.pch wii-d vermieden, daß die einströmende Flüssigkeit in einen direkten Strom durch die Vorrichtung

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hindurchgeht, ausgenommen an solchen Stellen, an denen . die schüsselförraige Leitwand ^O Öffnungen J2aufweist. Die radiale StrÖmungsrichtung wird, ferner stabilisiert durch eine Mehrzahl von radialen Sekundär leitwänden.. 40, die zwischen den, ersten Leitwänden 28 gelegen sind. Jede dieser Leitv;ande 40 hat eine radiale Breite, die etwas geringer ist als die radiale Breite der Leitwände '$6, und die Leitwände 40 erstrecken sich praktisch über die gesamte Höhe der Leitwände 28. Ss ist ferner ein Drahtgitter 42 vorgesehen, das die gute Verteilung der Flüssigkeit und das ruhige Durchströmen weiter unterstützt . und das :o angeordnet ist, daß es den äußeren Umfang der Leitwänd-c 40 und 28 umgibt und sich über die Bodenenden dieser Leitwände und über den Boden des konkaven Teils der schüsseiförmigen Leitwand 30 erstreckt.

Die stmkturelle Anordnung der erfindungogemäßen Vorrichtung dient wirksam, dazu, dem Flüssigkeitsstrom ein gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil su verleihen und Strudelbildung praktisch vollständig zu verhindern, so P daß über die gesamte Breite des Bettes 20 ein hervorragend ruhiger und gleichförmiger Fluß, erreicht.-Wird-.. Die spezielle Anordnung, der Leitwände- in Kombination mit der niedrigen, . perforierten SchüsseIförinigcn Endlcitwand bildet einen wirksamen Flüssigkeitsverteiler, mit dem. sich eine außergewöhnlich gute Verteilung der einströmenden Flüssigkeitogeschwindigkeiten über einen weilen Bereich erzielen -.lassen. Dies ist in "der -Hauptsache darauf zurUckiuzfüliron, daß durch dlegeneigto konlyohe Loj uwand ¹^

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und die schüsseiförmige Leitwand JO der Strom zu bestimmten Stellen auf dem darunter gelegenen Bett 20 gerichtet wird, unabhängig von der absoluten Geschwin- digkeit der Flüssigkeit.- Infolge dieser von der Geschwindigkeit unabhängigen Charakteristik der Strömungsrichtung vermindert sich die Trennung zwischen den Flüssigkeitsströmen, die von den anliegenden Leitwänden abströmen. Diese geringe Flüssigkeitsabtrennung zwischen. den anliegenden Strömen hat eine geringstmögllche Strudelbildung zwischen den Strömen zur Folge, was vorteilhaft ist, denn Strudelbildung ist eine unerwünschte Eigen- ύ

schaft und beeinträchtigt die Verteilung über einen weiten Bereich von Geschwindigkeiten negativ.

Zwar ist irn einzelnen nur eine spezielle Aus führung s form des Erfindungsgegenstandü hier beschrieben; diese enthält jedoch da ο Srfindungsprinzip, und es versteht sich, daß nun dieses Erfindungsprinzip in verschiedenen Formen ■ anwenden Kann, ohne den nahmen der Vorliegenden Erfindung zu verlassen. Man kann beispielsweise an Steile einer ,

runden Ausbildung auch irgendeinen sonstigen Querschnitt vorsehen, wie dies dem Fachmann geläufig ist.

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Claims

2OOO Hamburg 52 JG. Mai l^-bj

Gieseatr.S Dr. M/Ft

Postfach 52O58O

isso Research and Eng.Co.

Patentansprüche .

Pa te.ntansprüehe

L. Flüssigkeit-Feststoff-Kontaktkaianer mit einer darin enthaltenen-breiten Packung, die in einem Abstand von einem Flüssigkeitseinlaß erheblich, geringerer Breite angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine zur gleichförmigen Verteilung der eingeleiteten Flüssigkeit über die Breite der Packung vorhandene Verteilvorrichtung (24), die eine kugelförmig gewölbte, schüsselartige, mit ihrer konkaven Seite gegen die Packung gerichtete Leitwand (;50) mit einer Vielzahl von Öffnungen und eine konische, auf die schüsseiförmige Leitwand folgende, dieser gegenüber- stromaufwärts gelegene und eine gegenüber der Äußenabmessung der schüsseiförmigen Leitwand in der Abmessung kleinere Mittelöffnung aufweisende Leitwand 0Q) enthält, so daß die strömende Flüssigkeit, die in Richtung über die Breite der Packung fließt, innerhalb eines weiten Bereiches von Einfließgeschwindigkeiten ein im wesentliehen gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil hat.

2. Köntaktkarnmer nach Anspruch 1, dadurch geksnn-109823/1443'

ablehnet, daß die Verteilvorrichtung (24) eine gegenüber UtJr LsiU-?r»iid (j3) weiter stromaufwärts gelegene 'Leitwand (>ό) αυίίίκϊοΐ, c3ie eine Mittelöffnung hat, deren Abmessung größer XGt. εΐΒ diejenige der Mittelöffnung der konischen Leitwand (>3). ■

j5. Kcntakt-I-ianiiiiex· nach. Anspruch 1 oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung (24) eine Mehrzahl von rrdlal- angeordneten ersten Leitwänden (28) aufweist, die Eit ihresi einen'Ende an der kugelforfflig gebogenen, seliüsselartigen Leitv/and (JO) ansitzen, und deren ,ibüjien von der oder den 'Leitwänden (58 bzw. 36) geschnitten sind.

'τ. Iv-riitaJiwraniiaei* neeli Anspruch-1 bis ~'j, dadurch ge-

Lonnzeiciine-i-, da2 οίο Verteilvorrichtung (24) eine Mchrisshl von radial angeordneuen Gakundärleitwänden (4θ)
s;7isehen den ersten Leitviänden (28) sufvielst.

j. Kciifcckfcicanjsier .nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet;, daß die in der Verteilvorrichtung (24) (j

Gtrörnsufiiüi'ts gelegene Leitwand (36) kreisförmig ausgebildet'ist und eine im wesentlichen senkrecht zu den
Lcitviänd'en (£0, -4ü) und zu der Stronri.chtung der ein-Ktromenden Flüaaigkc-it gelegene Zbene darstellt.

U. KontaktksnnaDr nach Anspruch 4 oder -J₁ dadurch ge-

Glc'iiivztg daß die in der Verteilvorrichtung (24)

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vorgesehenen Sekundärleitwände (40) in ihrer radialen Abmessung etwas kleiner sind als die Breite des von der ringförmigen Leitwand .-(36) gebildeten Ringes.

7· Kontaktkammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung (24) als äußere Abgrenzung ein äußeres Drahtgitter (auf 42) aufweist.

8. Verteilvorrichtung für eine Flüssigkeit, mit der ein relativ schnell strömender Flüssigkeitsstrom in einen fc langsamer fließenden Strom mit größerem Strömungsquerschnitt expandiert werden kann, gekennzeichnet durch eine erste, praktisch senkrecht zur Flüssigkeitsströmungsrichtung verlaufende ringförmige Leitwand (jö), deren Außendurchmesser praktisch gleich ist dem Durchmesser^ des schnell strömenden Flüssigkeitsstroms, eine zweite, in Strömungsrichtung unterhalb der ersten Leitwand (36) angeordnete konisch geformte Leitwand (j58), deren Mittel--. Öffnungsdurchmesser geringer ist als der Durchmesser der Mittelöffnung der ersten Leitwand (56) und deren imaginärer Scheitelpunkt zur Flüssigkeitsströmungsrichtung nach oben gelegen ist, und eine in Flüssigkeitsrichtung nach unten gelegene und im Abstand von der Leitwand (38) angeordnete kugelförmig ausgebildete, schüsselartige Leitwand. (j50) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (32) und einem äußeren Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Mittelöffnung der Leitwand (j58), so daß die strömende Flüssigkeit, die in den Bereich dieses

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größeren Querschnitts gerichtet wird, ein praktisch gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil iiber einen weiten Bereich von Einströmgeschwindigkeiten aufweist.

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L e e r s e i t e