DE1908717B2

DE1908717B2 - Boden für Stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE1908717B2
Application number: DE19691908717
Authority: DE
Inventors: Irvin Earl Nutter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-02-21
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1974-05-02
Also published as: DE1908717C3; DE1908717A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Boden für Stoffaustauschkolonnen,- die beispielsweise in der Erdölindustrie und der chemischen Industrie zum Destillieren und Fraktionieren von Kohlenwasserstoffen oder auch zum Waschen von Gasen und zur Erzeugung chemischer Umsetzungen verwendet werden. Die Böden werden in den Kolonnen übereinander im Abstand voneinander angeordnet. Die Böden besitzen Öffnungen, durch welche die aufsteigenden Gase oder Dämpfe hindurchtreten und mit der quer über den Boden und abwärts strömenden Flüssigkeit in Kontakt kommen. Am Ablaufende jedes Bodens kann ein Überlauf vorgesehen sein, über welchen die Flüssigkeit über Ablaufrohrc zum Zulauf des nächsten niedrigeren Bodens geleitet wird.

Bei bekannten Siebboden für Stoffaustauschkolonnen werden die aufströmenden Gase infolge der Flüssigkeitsgeschwindigkeit leicht gegen die Flüssigkeitszulaufseite des Bodens gelenkt. Ein anderer Nachteil dieser bekannten Siebboden ist die Neigung der Flüssigkeit, bei mäßigem bis niedrigem Flüssigkeitsstrom nach unten durch die öffnungen zu fließen, wa? die Wirksamkeit des Bodens verringert. Schließlich besteht ein Nachteil bekannter Siebbodenkonstruktionen, bei welchen die Dampfaustrittsöffnungen relativ klein sind, darin, daß sie verstopfen, wenn Flüssigkeiten verwendet werden, die auf den Siebböden Rückstände hinterlassen.

Weiterhin gibt es Ventilboden für Stoffaustauschkolonnen, die über jeder Dampfaustrittsöffnung eine druckempfindliche Klappe aufweisen. Auch bei diesen Böden ist jedoch noch eine gewisse Neigung zum Durchfließen der Flüssigkeit durch die Dampfeintrittsöffnungen festzustellen.

Darüber hinaus sind Böden für Stoffaustauschkolonnen bekannt, die in gleichmäßiger Verteilung öffnungen besitzen, über denen jeweils ein Deflektor angeordnet ist. In der schweizerischen Patentschrift 291 798 werden solche Deflektoren beschrieben, die an den zum Zulauf und Ablauf des Bodens hin gerichteten Enden der jeweiligen öffnung fest mit der Bodenplatte verbunden sind, so daß der aus der öffnung austretende Dampf senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit austritt.

Aus der britischen Patentschrift 989 653 gehen Deflektoren hervor, welche an den Seitei der jeweiligen öffnungen fest mit der Bodenplatte verbunden

Die mit festen Deflektoren versehenen Böden weisen zwar gegenüber den mit beweglichen Klappen versehenen Böden eine Reihe von Vorteilen auf, jedoch kann auch bei dieser Ausführungsform das Tropfen von Flüssigkeit durch die uampfeintrittsöffnungen nicht vermieden werden.

Um die aufgeführten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Durchfließen der Flüssigkeit durch die Dampfeintrittsöffnungen, die in den Böden vorgesehen sind, zu verhindern, ist der Boden für Stoffaustauschkolonnen mit gegenüber angeordnetem Zu- und Ablauf für die Flüssigkeit und einer Bodenplatte, die in gleichmäßiger Verteilung öffnungen besitzt, über denen jeweils ein Deflektor angeordnet ist, der an den Zulauf und Ablauf hin gerichteten Enden der jeweiligen öffnung fest mit der Bodenplatte verbunden ist, so daß der aus der Öffnung austretende Dampf senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit austritt, erfindungsgemäß so ausgebildet, daß sich die öffnungen zum Ablauf hin allmählich verengen.

Natürlich verengen sich auch die über den jeweiligen öffnungen befindlichen Deflektoren in Anpassung an die darunter befindlichen Öffnungen zum Ablauf hin.

Die Öffnungen sind bevorzugt trapezoidförmig ausgebildet.

Mit den erfindungsgemäßer. Böden wird über einen weiten Bereich von Differentialdampfdrücken, Flüssigkeitspegeln und Strömungsgeschwindigkeiten das Durchregnen der Flüssigkeit durch die BodenüiTnungen verhindert. Die erfindungsgemäßen Böden können auch mit öffnungen von erheblichen Abmessungen gebaut werden, welche in der Lage sind, eine hohe Dampfströmungskapazität bei jeder Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der öffnungen können diese bis dicht an den Bodenrand angeordnet werden. Die besondere Ausrichtung und Form der öffnungen bewirkt, daß diese allgemein eine größere Fläche pro Einheit aufweisen als die in den bekannten Siebboden befindlichen öffnungen, ohne daß Flüssigkeit durch die Dampfeintrittsöffnungen regnet.

Die erwähnten vorteilhaften Eigenschaften des Kolonnenbodens ergeben sich auch dann, wenn an die Bodenöffnungen an Stelle von Defiektoren mit beweglichen Ventilklappen versehen sind.

Die folgenden Abbildungen dienen der näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Bodens.

Es zeigt

Fig. 1 ein in senkrechter Richtung geführtes Teilquerschnittsbild einer Flüssigkeits-Dampf-Kontaktkolonne mit übereinander angeordneten Böden;

F i g. 2 ist ein Grundriß eines der Böden entlang der Linie 2-2 der F i g. 1 geführt;

Fig. 3 ist ein perspektivisches Bild eines Teiles eines Bodens:

Fig, 4 ist ein Grundriß einer Eujenöffnung mit Deflektor;

F i g. 5 ist ein Querschnittsbild in Längsrichtung, geführt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4, eine öffnung unter dem Deflektor zeigend;

Fig. 6 ist ein Querschnittsbild, geführt entlang der Linie 6-6 in Fig. 4, auf den Ablauf hinweisend;

F i g. 7 ist ein Teil eines Bodens, in welchem die öffnungen der Reihen ausgerichtet und nebeneinander angeordnet sind.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Dampf-Flüssigkeits-Kontaktturmes, wobei darauf hinzuweisen ist, daß die ganze Vorrichtung die übliche Bauweise aufweist, einschließlich eines zylindrischen Gehäuses 2 und einer Vielzahl von waagerechten Böden für Stoffaustauschkolonnen 4 und 6, welche senkrecht im Abstand übereinander vorgesehen sind. Der Boden 4 hat einen Zulauf 8 zur Aufnahme der zu bearbeitenden Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsstrom fließt quer über den Boden 4 in der durch den Pfeil 10 angezeigten Richtung zu einem Ablauf auf dsm Boden neben dem Überlauf 12. Die Flüssigkeit geht dann über den Überlauf 12, läuft durch das Abflußrohr 14 auf die Zulaufstelle 16 des darunterliegenden Bodens 6. Von hier setzt die Flüssigkeit ihre Bewegung in einer durch den Pfeil 18 angezeigten Richtung zu einem anderen Überlaufrohr und einem entsprechenden Abflußrohr fort. Die Flüssigkeit strömt also über eine Vielzahl von Böden, wie die Böden 4 und 6, und durch eine Reihe von Abflußrohren.

Während die Flüssigkeit über die Böden 4 und 6 strömt, ist sie einem aufwärts strömenden Dampf ausgesetzt, welcher durch die in den Böden gebildeten öffnungen aufsteigt. Die Unterseite jedes Strömungsmitteldeflektors über jeder öffnung kann als Begrenzung einer Dampfkammer für den aufwärts strömenden Dampf angesehen werden.

Wie eingangs erwähnt, ist es bei einer Vorrichtung dieser Art wichtig, daß die Flüssigkeit daran gehindert wird, durch die öffnungen des Bodens nach unten zu fließen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gestalt der öffnungen.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat jede öffnung 19 (Fig. 3) die Form eines Trapezoids, dessen größte Ausdehnung, Hauptachse und Symmetrieachse 5-5 (F i g. 4) axial mit der Richtung des Flüssijkeitsstromes 18 (F i g. 2) über den Boden ausgerichtet sind. Direkt über jeder der Öffnungen 19 ist ein Strömung:mitteldeflektorkörper22 mit seinen Leitwändrn 24 und 26 angeordnet, die von der Platte 20 nach oben gerichtet sind und einen Bestandteil der Bodenplatte darstellen. Die größte Querausdehnung jeder Öffnung (d. h. die Ausdehnung gemessen quer zur Strömungsrichtung 18 oder parallel zur Linie 6-6 in F i g. 4) liegt an der /iulaufseite, und ihre Querausdehnungen verjüngen sich zum Ablauf hin über die ganze Länge eier öffnung. Das graduelle Verjüngen der Irapezoiden Form, in F i g. 4 sezeigt, ist bevorzugt, aber der Querschnitt kann sich _aucjj diskontinuierlich verringern.

Die F i g. 5 zeigt, daß der Deflektorkörper 22 parallel zur Richtung des Flüssigkeitsstromes 18 (F i g. 2) gerichtet ist und daß er einen Aufstromleitteil 24 aufweist, welcher von der Bodenplatte 20 nach oben geneigt ist, einen stumpfen Winkel mit dem breiten Ende des Deflektors bildend.

Das Aufstromleitteil 24 liegt quer über die ganze größte Breitenausdehnung der öffnung, so daß die Gesamtheit der in der Breite abnehmenden öffnung von dem direkt in der Richtung, wie sie durch den Pfeil 18 (Fig. 2) gezeigt ist, herannahenden Flüssigkeitsstrom abgeschirmt wird. Die Leitteile 24 und 26

sind an den Enden abgeschrägt, um einen stromlinienförmigen Flüssigkeitsstrom zu gestatten.

Die Wirkung der Kombination der öffnung mit dem Deflektor auf deu Strom des aufsteigenden Dampfes ist in Fig. 6 vf: anschaulicht. Fig. 6 zeigt.

daß der Deflektor 22 und die Bodenplatte 20 zusammen ein Paar entgegengesetzt gerichtete öffnungen 28 begrenzen, weiche seitlich zum Deflektor 22 und im wesentlichen in Richtung des Flüssigkeitsstromes 18 ausgerichtet sind. So wird der nach oben durch

die öffnungen 19 hindurchgehende Dampf durch die Öffnungen 28 «eitlich in die auf dem Boden befindliehe Flüssigkeit geleitet.

Durch diese Art der Dampfführung wird die Flüssigkeitsstromgeschwindigkeit über den Boden 20 am wenigsten gestört. Die Anwesenheit des Aufstromleitteiles 24 und des Abstromleitteiles 26 verhindert, daß die D'mpfe die Flüssigkeit weder in Richtung auf den Zu- oder Ablauf übermäßig vorantreiben. Die Gestalt und die Orientierung der öffnungen 19 und ihrer Defleklorkörpjr 22 mit den Leitteilen 24 und 26 ist wichtig, weil sie die Flüssigkeit daran hindem durch die Löcher nach unten zu fließen. Dies ist vor allem dadurch gesichert, daß jedes Aufstromleitteil 24 querüber über dem Zulaufende der betreffenden öffnung 19 liegt. Bei Beachtung der Fig.4 wird deutlich, daß die Flüssigkeit, weiche über den Leitteil 24 hinwegströmt, entweder nach oben oder zu den Seiten der öffnung abgelenkt wird. Die gsneigten öffnungen des Defiektor'cörpers 22 'ind der Öffnung 19 in Verbindung mit der Wirkung css eintretenden Dampfes und die Breite des AufstromleitteMes 24 führen dazu, daß die Flüssigkeit nicht in die Öffnungen 28· eintritt. Die relative Anordnung der Öffnungen auf dem Boden kann variieren. Die Löcher können versetzt in Reihen angeordnet sein, wie in F i g. 2 gezeigt, oder in Reihen nebeneinander, wie in F i g. 7 dargestellt. In beiden Ausfühn"?gsformen verläuft die Strömungsrichtung in Längsrichtung durch die Ausdehnung des Bodpns, so c! iß alle Strömungsw^ge im wesentlichen parallel laufen, im Gegensatz zu solchen Böden, in weichen die Flüssigkeit radial in divergierenden oder konvergierenden Wegen fließt.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Boden für Stoffaustauschkolonnen mit gegenüber angeordnetem Zu- und Ablauf für die Flüssigkeit und einer Bodenplatte, die in gleichmäßiger Verteilung öffnungen besitzt, über denen jeweils ein Deflektor angeordnet ist, der an den zum Zulauf und Ablauf hin gerichteten Enden der jeweiligen öffnung fest mit der Bodenplatte verbunden ist, so daß der aus der öffnung austretende Dampf senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit austritt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die öffnungen (19) zum Ablauf hin allmählich verengen.

2. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (19) trapezoidförmig ausgebildet sind.

3. Boden für Stoffaustauschkolonnen mit gegenüber angeordnetem Zu- und Ablauf für die Flüssigkeit und einer Bodenplatte, die in gleichmäßiger Verteilung öffnungen besitzt, über denen jeweils eine bewegliche Ventilklappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die öffnungen (19) und dazugehörigen Ventilklappen zum Ablauf hin allmählich verengen.