DE1937521C3

DE1937521C3 - Boden für Stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE1937521C3
Application number: DE1937521A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Karakawa; Shogo Tanigawa
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1968-10-08
Filing date: 1969-07-23
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB1261054A; DE1937521B2; DE1937521A1; US3633882A; FR2020093A1; JPS4631321B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Boden für Stoffaustauschkolonnen mit einer oder mehreren Dampfdurchtrittsöffnungen, welche jeweils, mit einer auf dem Boden befestigten, mit Öffnungen versehenen, zylindrischen Wandung, die mit einem Deckel abgedeckt ist, versehen sind, und mit einem an der Außenseite vorgesehenen Fallrohr für die Flüssigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoffaustauschkolonne mit einem großen Fassungsvermögen für das zu behandelnde Medium zu schaffen, mit dem gleichzeitig ein hoher Kontaktierungswirkungsgrad erzielt wird, und mit niedrigem Druckverlust in der Kolonne, wobei ein weiter Betriebsbereich bei konstanten Betriebsbedingungen gewährleistet sein soll.

Bei dem Boden für Stoffaustauschkolonnen mit den eingangs genannten Merkmalen, von dem die Erfindung ausgeht, bestehen die Öffnungen in der zylindrischen Wandung aus Schlitzen, die so schmal sind, daß im Betrieb der Kolonne keine Flüssigkeit durchtritt. Dagegen tritt der Dampf durch die Öffnungen in die auf der Außenseite der Wandung gestaute Flüssigkeit ein und wallt darin hoch. Auf diese Phase ist das Kontaktieren zwischen Dampf und Flüssigkeit beschränkt.

Die Erfindung sieht vor, daß die Wandung einen Überlauf mit einer Vielzahl von in einer Linie angeordneten Löchern und eine an dem Überlauf befestigte zylindrische Lochplatte umfaßt. Bei dem erfindungsgemäß aufgebildeten Boden wird die hinter dem Überlauf gestaute Flüssigkeit durch die Löcher auf die Innenseite der zylindrischen Wandung geleitet und von dem durch die Öffnung im Boden einströmenden und hochsteigenden Dampf hochgerissen und der Lochplatte zugeleitet. Durch die Löcher in der Lochplatte tritt die Misjhströmung von Dampf und Flüssigkeitströpfchen aus, ein Teil der Tröpfchen scheidet sich an der Lochplatte ab und fließt an dieser, teils innen, teils außen, abwärts. Zwischen den mitgerissenen Tröpfchen und dem Dampf entsteht ein inniger Kontakt, der Kontaktierungswirkungsgrad ist hoch, und der Druckverlust bleibt niedrig, weil der Dampfstrom nicht mit Überdruck in die aufgestaute Flüssigkeit eindringen muß.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht

F i g. 1 ist die Ansicht eines senkrechten Schnitts eines erfindungsgemäßen Bodens einer Stoffaustauschkolonne.
F i g. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1.

F i g. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des mit dem Kreis 3 umgebenen Teils in F i g. 1.

F i g. 4 ist ein vergrößerter Schnitt des mit dem Kreis 4 umgebenen Teils von F i g. 1.

ίο F i g. 5 ist die Ansicht eines senkrechten Schnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
F i g. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 von F i g. 5.
F i g. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 von F i g. 5.
Fig.8 bis 10 sind vertikale Schnitte, die weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zeigen.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Böden 12 haben in ihrer Mitte Dampfdurchtrittsöffnungen 11 und sind in der Kolonne 10 in einem geeigneten Abstand angeordnet Jeder Boden ist mit einem kappenförmigen Aufbau 13 versehen, der einen am Boden 12 befestigten zylindrischen Überlauf 14 mit einer Vielzahl von in einer Linie angeordneten Löchern 17, eine zylindrische, an dem Überlauf 14 befestigte Lochplatte 15 und einen Deckel 16 umfaßt Der Boden 12 ist auch mit einem Fallrohr 18 an der Außenseite des Aufbaus 13 versehen, wobei das Fallrohr 18 nach oben auf dem Boden 12 bis zu einer geeigneten Höhe emporragt und sein unteres Ende sich in der Nähe des Bodens !2 befindet Die Fallrohre sind auf den übereinander angeordneten Böden in abwechselnder Lage angeordnet

Die Flüssigkeit auf dem Boden 12 strömt über das Oberteil des Fallrohrs 18 und fließt längs dessen Innenwand nach unten. Die Flüssigkeit wird auf dem Boden in einer Höhe gehalten, die von der Höhe des Fallrohres 18 und des Überlaufs 14 bestimmt wird. Die Flüssigkeit strömt zwangsweise durch die Löcher 17 des Überlaufs 14 und fließt zur Dampfdurchtrittsöffnung 11 den Bodens 12. Da durch die Dampfdurchtrittsöffnung 11 Dampf emporsteigt, wird die Flüssigkeit, die gerade

■to aus der Dampfdurchtrittsöffnung 11 heraustritt, durch den Dampf nach oben geblasen, so daß eine Dampf-Flüssigkeits-Mischphasenströmung entsteht. Die Dampf-Flüssigkeits-Mischströmung wird durch den Deckel 16 umgelenkt und geht durch die Löcher der Lochplatte 15. Der durch die Löcher der Lochplatte hindurchgegangene Dampf steigt nach oben und die sich im Zustand eines Nebels befindliche Flüssigkeit wird gesammelt, wenn sie durch die Löcher hindurchtritt und wächst zu einem Tropfen oder einem Strom

so zusammen. Auf diese Weise strömt die Flüssigkeit längs der Außenseite der Lochplatte 15 nach unten. Der Dampf steigt zu der Dampfdurchtrittsöffnung 11 des oberen Bodens empor und die Flüssigkeit verbleibt auf dem unteren Boden. Auf diese Weise zirkuliert die Flüssigkeit, bis sie das Oberteil des Fallrohrs überströmt oder aus der Dampfdurchtrittsöffnung 11 herausfällt. Auf diese Weise kommt die Flüssigkeit in ausgleichenden Kontakt mit dem Dampf.
Der in den F i g. 5 bis 7 gezeigte Boden ist mit einer Vielzahl der oben erwähnten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktieraufbauten auf dem gleichen Boden versehen. Auf der einen Seite des Bodens ist ein Fallrohr 21 des oberen Bodens vorgesehen und ein Fallrohr 22 ist auf der anderen Seite angeordnet. Die Dampf-Flüssigkeits-

*>*> Kontaktieraufbauten 23 liegen zwischen den Fallrohren. Hs ist erwünscht, daß eine Führungseinrichtung für den Flüssigkeitsstrom auf dem Boden bei dieser Vorrichtung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind Führungsplatten

24 auf dem Boden angeordnet, so daß zur Verlängerung des Weges ein Zick-Zack-Durchgang gebildet wird.

Für die Auslegung dieser Vorrichtung ist es wichtig, die Menge des Flüssigkeitsstroms durch die Löcher 17 mit dem Dampfmengenstrom, der durch die Dampfdurchtrittsöffnung 11 emporsteigt, abzugleichen. Wenn nämlich das Gleichgewicht nicht eingehalten wird, zirkuliert die Flüssigkeit nicht, sondern bleibt auf dem Boden stehen oder fällt durch die Dampfdurchtrittsöffnung 11 (sogenanntes Abtropfen).

Versuche mit dieser Vorrichtung haben bestätigt, daß, selbst wenn die zu behandelnde Flüssigkeitsmenge dreimal so groß ist wie die bei Normaibedingung, eine stabile Verfahrensdurchführung vorgenommen werden kann, ohne daß Flüssigkeit durch die Dampfdurchtrittsöffnung 11 abtropft. Andererseits gibt es auch eine obere Grenze für die zu behandelnde Menge, da eine Zunahme der Menge eine Erhöhung des Dampfmengenstroms bedingt, um die Flüssigkeit durch den Dampf mitzureißen, was zu einer Abnahme des Dampf-Flüssigkeits-Kontaktierwirkungsgrades führt

Bei den bekannten Vorrichtungen kann, da der Dampf durch die auf dem Boden ruhende Flüssigkeit nach oben geblasen wird, die Flüssigkeit auf dem Dampf mitgerissen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Boden geht der von dem Deckel nach unten oder horizontal umgelenkte Dampf durch die Löcher der Lochplatte 15, so daß die Mitnahme auf ein Minimum reduziert werden kann. Dies bedeutet, daß mit dem erfindungsgemäßen Boden eine große Menge behandelt werden kann. Weiterhin ist bei den herkömmlichen Böden das Verhältnis der Lochfläche der Lochplatte zur Querschnittsfläche der Kolonne begrenzt, damit ein Abtropfen der Flüssigkeit davon verhindert wird. Das Verhältnis beträgt im allgemeinen 5 bis 15%. Im Gegensatz dazu kann bei dem erfindungsgemäßen Boden das Verhältnis der Lochfläche auf 15 bis 40% erhöht werden, ohne daß ein Abtropfen von Flüssigkeit berücksichtigt werden muß, da die Lochplatte vertikal angeordnet ist. Deshalb steigt auch, wenn die Behandlungsmenge erhöht wird, der Druckverlust nicht.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten Boden ist die Dampfdurchtrittsöffnung 11 gemäß F i g. 1 von einer teilweise durchlöcherten Platte 25 bedeckt. Bei dieser Vorrichtung kommt der Dampf mit der Flüssigkeit in Berührung, während er durch die Löcher der Plane 25 hindurchtritt und in der Dampf-Flüssigkeits-Mischphase in den Raum in der zylindrischen Lochplatte 15 strömt.
Dadurch wird der Kontaktiervvirkungsgrad erhöht. Da das Abtropfen von Flüssigkeit natürlich verringert wird, kann der Bereich des stabilen Betriebs zusätzlich erhöht werden.

Bei dem Boden gemäß F i g. 9 ist ein Drahtgitter 26

ίο mit einem Lochflächenverhältnis von 15 bis 50% vorgesehen, um das Abtropfen von Flüssigkeit zu verringern. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Boden sind geneigte Platten 28 radial über der Dampfdurchtrittsöffnung 11 des Bodens 12 in regelmäßigen Intervallen angeordnet, um den aufsteigenden Dampf in Drehung zu versetzen. Dadurch wird die Dampf-Flüssigkeits-Mischphasenströmung direkt gegen die Lochplatte 15 geblasen, wodurch der Druckabfall verringert werden kann.

Der Abstand zwischen den Böden 12 wird durch den Dampfmengenstrom bestimmt, der durch die Löcher der Lochplatte 15 geht. Wenn ein Loch der Lochplatte 15 einen Durchmesser von 2,0 mm hat und der Abstand der Löcher 3,0 mm beträgt, dann wird das Lochflächenverhältnis mit 40% ebenso groß wie das Lochflächenverhältnis der Dampfdurchtrittsöffnung 11. Deshalb kann der Abstand zwischen den Böden auf weniger als 500 mm sogar in einer großen Kolonne für eine große Menge ausgelegt werden. Dadurch wird die Kolonnenhöhe herabgesetzt, was bedeutet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung billig hergestellt werden kann.

Der erfindungsgemäße Boden hat ein großes Lochflächenverhältnis, einen hohen Dampfdurchsatz und die Kolonne arbeitet damit in einem weiten Bereich an durchgesetzter Dampf- und Flüssigkeitsmenge stabil. Der Druckverlust ist niedrig. Beträgt beispielsweise der Druckverlust 3,5 mm Hg für einen Boden, so ist der Kolonnendurchmesser bei einer herkömmlichen Siebplattenkolonne 5,3 m und der einer Fraktionierbodenglockenkolonne 6,4 m. Demgegenüber kann die Kolonne mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Boden mit einem Durchmesser von 4,0 m bei einem Druckabfall von 3,0 m Hg für einen Boden gebaut werden, was die Produktionskosten stark absenkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Boden für Stoffaustauschkolonnen mit einer oder mehreren Dampfdurchtrittsö.ffnungfen), welche jeweils mit einer auf dem Boden befestigten, mit Öffnungen versehenen, zylindrischen Wandung, die mit einem Deckel abgedeckt ist, versehen ist (sind), und mit einem an der Außenseite vorgesehenen Fallrohr für die Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung einen Überlauf (14) mit einer Vielzahl von in einer Linie angeordneten Löchern (17) und eine an dem Überlauf (14) befestigte, zylindrische Lochplatte (15) umfaßt.

2. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfdurchtrittsöffnung (11, 27) von einer teilweise durchlöcherten Platte (25) bedeckt ist.

3. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungseinrichtung für den Flüssigkeitsstrom auf dem Boden Führungsplatten (24) angeordnet sind.