DE1953994A1

DE1953994A1 - Kolonne zum Durchleiten einer Fluessigkeitsstroemung und einer Gasstroemung im Gegenstrom

Info

Publication number: DE1953994A1
Application number: DE19691953994
Authority: DE
Inventors: Nazzer Don Barkley; Marvin S Bloomsburg
Original assignee: General Electric Canada Co
Current assignee: General Electric Canada Co
Priority date: 1968-10-26
Filing date: 1969-10-27
Publication date: 1970-05-21
Also published as: CA932652A; FR2021658A1; RO63796A; GB1292316A; DE1953994B2

Description

Anmelder: Canadian General Electric Company Limited, Toronto, Ontario, Canada

Kolonne zum Durchleiten einer Flüssigkeitsströmung und einer

Gasströmung im Gegenstrom

Die Erfindung betrifft eine Kolonne zum Durchleiten einer Flüssigkeitsströmung im Gegenstrom zu einer Gasströmung, die eine Anzahl von übereinander geschichteten Zwischenböden aufweist.

Derartige Kolonnen dienen beispielsweise zur Anreicherung von Deuterium in Anlagen zur Herstellung von schwerem Wasser. Bei dem Betrieb einer derartigen Kolonne besteht die Schwierigkeit, stabile Gegenströmungen der beiden Phasen herzustellen, insbesondere nach einem Abschalten eines Teils der Anlage.

In derartigen Kolonnen sind gewöhnlich perforierte Zwischenböden in geschichteter Anordnung vorgesehen. Die Flüssig- ■ keit fließt durch die Zwischenböden nach unten, wobei die nach oben gerichtete Gasströmung durch die perforierten Zwischenböden einen Widerstand entgegensetzt. Die schäumende Flüssigkeit fließt entlang den Zwischenböden, wobei die Strömungsrichtung in dem jeweils folgenden Zwischenboden entgegengesetzt ge- · richtet ist. Deshalb ist eine ziemlich konstante Flüssigkeit smenge auf jedem der Zwischenböden aufgrund der aufwärts gerichteten Gasströmung vorhanden. Wenn eine Kolonne abgeschaltet und der Durchtritt von Gas verringert oder beendet wird, fließt die vorhandene Flüssigkeitsmenge in die an der Unterseite der Kolonne vorgesehene Gaszuleitung.

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Die wirtschaftliche und die technische Bedeutung dieses Problems ist daraus ersichtlich, daß eine Kolonne beispielsweise eine Höhe von mehr als 75 m und mehr als loo Zwischenböden mit einem Durchmesser von etwa 9 m haben kann, wobei die an die Kolonne angeschlossene Gasleitung einen Durchmesser von etwa 90 cm hat.

Gemäß der Erfindung wird ein sich nach oben erstreckender U-förmiger Rohrkrümmer in der Gaszuleitung vorgesehen, durch den der Eintritt von in der Kolonne enthaltener Flüssigkeit in die Gaszuleitung auf einen unteren Teil der sich nach oben erstreckenden Leitung begrenzt werden kann, wenn die Leitung sich über den Flüssigkeitspegel in der Kolonne beim abgeschalteten Zustand erstreckt. Um beim Anfahren eine nach oben gerichtete Gasströmung durch die Kolonne zu ermöglichen, ist eine Nebenschluß-Gasleitung vorgesehen, welche die Gaszuleitung mit der Kolonne oberhalb des erwähnten Flüssigkeitspegels verbindet.

In einer derartigen zum Isotopenaustausch dienenden Kolonne wird das eintretende Gas erhitzt, so daß beim Anfahren der kalten Kolonne beträchtliche Ausdehnungen der Gaszuleitung auftreten. Die U-förmige Ausbildung ermöglicht eine Flexibilität der Leitung, so daß keine zusätzlichen, die Ausdehnungen aufnehmenden Verbindungsteile erforderlich sind, die bei Rohrleitungen mit einem derart großen Durchmesser sehr kostspielig wären. Ferner kann bei der Erfindung der untere Boden jeder Kolonne zur Speicherung der Flüssigkeit dienen, was von besonderer Bedeutung ist, weil eine Speicherung mög-^ lieh ist, und weil zusätzlich eine Entmischung der Flüssigkeit bei unterschiedlichem Anreicherungsgrad möglich ist.

Deshalb ermöglicht die Erfindung beim Anfahren der Kolonne, in deren Boden ein Flüssigkeitsvorrat vorhanden ist, und deren Gaseinlaß unterhalb des Flüssigkeitspegels liegt. Dabei wird das Gas in das untere Ende der Kolonne über dem Flüssigkeitspegel eingeleitet, wodurch sich eine Gasströmung nach oben ergibt, während die Flüssigkeit nach unten geleitet

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wird, so daß die entgegengesetzten Strömungen schnell zu einem stabilen Gegenstrom führen.

Eine Kolonne einer Austauscheranlage, die eine Anzahl von übereinander geschichteten Zwischenboden für den Durchtritt einer nach oben gerichteten Gasströmung im Gegenstrom zu einer nach unten fließenden Flüssigkeit aufweist, und bei der ein Flüssigkeitsvorrat auf den Zwischenboden durch die Gasströmung gehalten wird, ist deshalb erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Sammeleinrichtung für den Flüssigkeitsvorrat vorgesehen ist, die eine an den unteren Boden der Kolonne angeschlossene Gaszuleitung aufweist, die sich nach oben außerhalb der Kolonne bis in eine Höhe über dem Flüssigkeitspegel der abgelaufenen Flüssigkeit erstreckt, um eine Flüssigkeitsansammlung zu ermöglichen, so daß bei Beendigung der Gasströmung der Durdhtritt des Flüssigkeitsvorrats in die Gaszuleitung auf den Teil der Leitung begrenzt ist, der an die Kolonne angrenzt und unterhalb des Flüssigkeitspegels im abgeschalteten Zustand liegt. Ferner ist eine Nebenschluß-Gasleitung vorgesehen, welche die Gaszuleitung mit der Kolonne oberhalb des erwähnten Flüssigkeitspegels verbindet, um eine schnelle Ausbildung der Gasströmung zu ermöglichen, bevor die angesammelte Flüssigkeit verdrängt ist.

Die Ausbildung eines im wesentlichen umgekehrt U-förmigen Rohrkrümmers in der Gaszuleitung dient ferner als Ausdehnungsverbindung, durch die die Ausdehnung der Leitungen aufgrund von Änderungen des Gasdrucks und der Temperatur durch Verbiegung des Rohrkrümmers aufgenommen werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolonne mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig.. 2.

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Die Kolonne lO hat einen Mantel 11 mit einem oberen Boden 12 und einem unteren Boden 14, sowie eine Anzahl von übereinander angeordneten Zwischenböden 16. Ein Gaseinlaß 18 ist am unteren Boden und ein Gasauslaß 20 am oberen Boden der Kolonne vorgesehen. Ein Fallrohr 22 steht mit einem gegenüberliegenden Rohrteil 24 der Gaszuleitung in Verbindung und bildet einen umgekehrt U-förmigen Rohrkrümmer, an den eine Nebenschluß-Gasleitung 26 mit einem Steuerventil 28 angeschlossen ist, die über dem Flüssigkeitspegel X-X liegt, der dem Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsvorrats bei abgeschalteter Kolonne entspricht.

Die Einrichtung zur Umwälzung der Flüssigkeit weist eine Ablaßleitung auf, die mit einer Pumpe 32 in Verbindung steht, sowie eine Zulaufleitung 34 an der Oberseite der Kolonne.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen perforierten Zwischenboden 16, durch dessen Öffnungen das Gas entgegen dem nach unten gerichteten Flüssigkeitsstrom nach oben strömt, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist.

Beim Abstellen der Gasströmung durch die Gaseinlaßleitung 18 fließt die Flüssigkeit auf den Zwischenböden 16 zum unteren Boden der Kolonne. Dazu ist zu bemerken, daß die Verwendung eines Pumpsystems, um die Flüssigkeit auf den Zwischenböden unabhängig von der Gasströmung zu halten, aus wirtschaftlichen Gründen nicht tragbar ist.

Beim Anfahren wird das Steuerventil 28 an der Nebenschluß-Gasleitung geöffnet, so daß eine stabile Gasströmung nach oben entlang eines Hauptteils der Höhe der Kolonne auftritt, wodurch die Pumpe 32 durch einen Betrieb etwa mit ihrer Normalleistung ermöglicht, daß wieder ein Flüssigkeitsvorrat auf den Zwischenböden 16 gehalten wird. Dadurch wird der untere Teil der Leitung 22 und der Boden der Kolonne entleert, bis die Gasströmung durch die Gaszuleitung wieder auftritt, ohne daß ein zu großer Staudruck für die Gaskompressoren in Kauf genommen werden muß. Da die Temperatur der Kolonne durch den

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Eintritt des geheizten Gases erhöht wird, dehnt sich die Gaszuleitung aus, was jedoch durch die Verbiegung des Rohrkrümmers 22,24 aufgenommen wird.

Bei konstanten Betriebsbedingungen, bei denen der Flüssigkeitsvorrat auf den Zwischenboden gleichbleibend gehalten wird, wobei der untere Boden der Kolonne praktisch entleert werden kann, wird das Steuerventil 28 geschlossen, so daß alles Gas von der Unterseite der Kolonne her durch sämtliche Zwischenboden hochströmt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung, bei der ein U-förmiger Rohrkrümmer in der Gaszuleitung vorgesehen ist, um den Flüssigkeitsvorrat in der Gaszuleitung und in dem unteren Teil der Kolonne einzuschließen, und wobei eine Nebenschluß-Gasleitung den Rohrkrümmer mit der Kolonne oberhalb des Flüssigkeitspegels verbindet, ist darin zu sehen, daß der Hauptteil des Gaszuleitungssystems nicht durch den Flüssigkeitsvorrat in den Kolonnen der Anlage gefüllt wird, da eine Speicherung des Flüssigkeitsvorrats in den betreffenden Kolonnen erfolgt. Dieser Flüssigkeitsvorrat besteht normalerweise aus zumindest teilweise mit Deuterium angereichertem Wasser, dessen Weiterverwendung sehr wünschenswert ist.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Anlage zur Herstellung von schwerem Wasser beschrieben wurde, bei welcher ein Isotopenaustausch zwischen Wasser und Schwefelwasserstoff erfolgt, kann die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Austauschverfahren mit einer gasförmigen und flüssigen Phase Verwendung finden.

Patentansprüche

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Claims

- 6 Patentansprüche

1. Kolonne zum Durchleiten einer nach unten gerichteten Flüssigkeitsströmung durch übereinander geschichtet angeordnete Zwischenböden im Gegenstrom zu einer nach oben gerichteten Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite der Kolonne (lo) vorgesehene Gaszuleitung (24) sich nach oben bis in eine Höhe über dem Flüssigkeitspegel des abgelaufenen Flüssigkeitsvorrats erstreckt, und eine Sperre zur Begrenzung des Flüssigkeitsablaufs in die Gaszuleitung beim Abschalten des Flüssigkeitsumlaufs bildet.

2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenschluß-Gasleitung (26) die Gaszuleitung (24) mit der Kolonne (10) in einer Höhe oberhalb des Flüssigkeitspegels (X - X) verbindet, durch die eine Gasströmung durch die Kolonne erfolgen kann, bevor die Flüssigkeit vom Boden der Kolonne verdrängt ist.

3. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung einen umgekehrt U-förmigen Rohrkrümmer mit einem sich nach unten erstreckenden Teil (22) aufweist, der in der Gaszuleitung als Ausdehnungs-Verbindung angeordnet ist, um Ausdehnungen der Leitung bei Temperaturänderungen aufzunehmen.

4. Kolonne nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß eine Umwälzeinrichtung (32,34) den unteren Boden mit dem oberen Boden der Kolonne verbindet, um die Zwischenböden mit Wasser gefüllt zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gegenstrom ein Isotopenaustausch erfolgt, wobei die Flüssigkeit Wasser und das Gas Schwefelwasserstoff ist.

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