DE1961426C3

DE1961426C3 - Built-in element for mass transfer columns and processes for your company

Info

Publication number: DE1961426C3
Application number: DE19691961426
Authority: DE
Inventors: Heinz 4630 Bochum Wolff
Original assignee: Dr. C. Otto & Co Gmbh, 4630 Bochum
Filing date: 1969-12-08
Publication date: 1976-02-05

Description

hoch.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einenhigh.
It is the object of the present invention to provide a

Einbau für Stoffaustauschkolonnen zu schaffen, bei dem neben einem geringen Energiebedarf für das Hochpumpen der Flüssigkeit und einem mäßigen Druckabfall des Gases innerhalb der Kolonne ein hinreichender Sioffaustausch erreicht wird.To create installation for mass transfer columns, in which in addition to a low energy requirement for pumping up the liquid and a moderate pressure drop of the gas within the column a sufficient Sioffexchange is achieved.

Gemäß der Erfindung besteht das Einbauelement fur Stoffaustauschkolonnen aus einer Gruppe an eine waagerechte Kreisscheibe nach unten sich anschließender, durch Zwischenstücke im senkrechten Abstand voneinander gehaltene Ringe, deren Durchmesser vonAccording to the invention, the built-in element for mass transfer columns consists of a group of one horizontal circular disc downwards connected by spacers at a vertical distance rings held together, the diameter of which is

der Kreisscheibe beginnend zunächst stetig zunimmt, bis zu einem größten Ring, der mit der Innenwand des Kolonnenbehälters einen gasdichten Abschluß bildet, während bei den nach unten folgenden Ringen der Durchmesser stelig abnimmt. Die Breite der Ringe istbeginning of the circular disc increases steadily, up to a largest ring, which with the inner wall of the Column container forms a gas-tight seal, while the following rings down the Diameter decreases steadily. The width of the rings is

dabei so bemessen, daß bei mäßiger Geschwindigkeit des aufsteigenden Gases die Flüssigkeit, die vom Außenrand der oberhalb des größten Ringes liegenden Ringe und vom Innenrand der unterhalb des größtendimensioned so that at a moderate speed of the ascending gas the liquid flowing from the The outer edge of the rings above the largest ring and the inner edge of the one below the largest

Ringes liegenden Ringe abtropft, auf einen darunterlieg.· nden Ring fällt- Insbesondere kann die Breitenbeniessung der Ringe derart sein, daß die abtropfende Flüssigkeit auf den unmittelbar darunterliegenden Ring fallt. Der Durchmesser des untersten Ringes jeder Einbaugruppe ist zweckmäßig gleich cder annähernd gleich dem Durchmesser der oberen Kreisscheibe. Die Mittelpunkte der oberen Scheibe und der Ringe liegen vorzugsweise auf der Achse des Kolonnenbehälters. Der Querschnitt des Zylinders und der oberen Scheibe des Einbaus und der Ringe kann statt eine·- Kreises die Gestalt eines Polygons haben.The rings lying on top of the rings, onto one of the rings underneath. The ring falls - in particular, the width of wetting of the rings be such that the dripping liquid on the ring immediately below falls. The diameter of the bottom ring of each sub-assembly is expediently equal to or approximately equal to the diameter of the upper circular disk. the The centers of the upper disk and the rings are preferably on the axis of the column container. The cross-section of the cylinder and the upper disc of the fitting and the rings can instead of a · - circle the Have the shape of a polygon.

Der neue Einbau hat die Wirkung, daß das Gas, welches von unten aufsteigt, jeweils aus dem äußeren an der Behälterwand liegenden Raum durch die Spalte tritt, die zwischen den Ringen der unteren Hälfte verbleiben und in denen die Flüssigkeit herabtropft, um dann aus dem Innern des Einbaus durch die Spalten wieder nach außen zu treten, die zwischen den oberen Ringen verbleiben und durch die ebenfalls Flüssigkeit hindurchtropft. Wenn also für eine genügende Berieselung des Einbaus gesorgt ist, so muß das aufsteigende (3_as _ wenn es mit mäßiger Geschwindigkeit strömt — bei jedem Einbau zunächst in der unteren Hälfte und dann in der oberen Hälfte durch einen Flüssigkeitsschleier treten. The new installation has the effect that the gas, which rises from below, in each case from the outer space lying on the container wall passes through the gaps that remain between the rings of the lower half and in which the liquid drips down, and then from the inside of the installation through the gaps that remain between the upper rings and through which liquid also drips. If the installation is adequately sprinkled, the rising (3 _as _ if it flows at a moderate speed - must pass through a liquid curtain first in the lower half and then in the upper half of each installation.

Wird die Gasgeschwindigkeit erhöht, so wird der Flüssigkeitsschleier aufgerissen, und es bilden sich bei einer bestimmten kritischen Geschwindigkeit feinste Tröpfchen, die eine für den Stoffaustausch große Oberfläche darstellen. Es wurde beispielsweise gefunden, daß die Auflösung des Flüssigkeitsschleiers bei einer Niederdruck-Apparatur und Berieselung mit Wasser bei einer Gasgeschwindigkeit von 1.8 m/s im Schlitz zwischen den Ringen liegt. Versuchsdurchführung mit Flüssigkeiten verschiedener Zähigkeit oder verschiedenen Viskositätsgrades ergab verschiedene kritische Geschwindigkeiten — so findet man bei der Verwendung von niederviskosem Waschöl eine kritische Geschwindigkeit von etwa 2 m/s.If the gas velocity is increased, the liquid curtain is torn open and it forms at At a certain critical speed, the finest droplets have a large surface for mass transfer represent. For example, it has been found that the dissolution of the liquid haze in a Low-pressure apparatus and sprinkling with water at a gas velocity of 1.8 m / s in the slot lies between the rings. Carrying out tests with liquids of different viscosity or different The viscosity grade resulted in various critical speeds - this is how one finds when using of low-viscosity washing oil a critical speed of about 2 m / s.

Wird die Geschwindigkeit weiter erhöht, so ergibt sich eine steigende Versprühung des Flüssigkeitsschleiers bis zu einer maximalen kritischen Geschwindigkeit, bei der die kinetische Energie der Tröpfchen so groß ist, daß sie entweder im Unterteil der Austauschvorrichtung zu stark aufeinanderprallen oder im oberen Teil an die Wand geschleudert werden und damit nicht mehr wirksam wären. Für die Verwendung von Wasser wurde diese obere kritische Geschwindigkeit bei 4.5 m/s gefunden, während bei niederviskosem Waschöl diese Geschwindigkeit bei etwa 5 m/s erreicht wird. Je nachdem, welche Flüssigkeit verwendet wird und wie hoch die Flüssigkeilsbeaufschlagung der Kolonne ist, kann ein Arbeitsbereich zwischen 1,8 und 6 m/s eingesetzt werden. Vorzugsweise wird man aus Gründen des erwünschten niedrigen Druckvcrlustes aber zwischen 2 und 3 m/s arbeiten.If the speed is increased further, the result is an increasing spray of the liquid curtain up to a maximum critical speed at which the kinetic energy of the droplets is so great is that they collide too strongly either in the lower part of the exchange device or in the upper part Part of it would be thrown against the wall and would no longer be effective. For using water this upper critical speed was found at 4.5 m / s, while with low-viscosity washing oil this speed is reached at around 5 m / s. Depending on which liquid is used and how If the liquid wedge loading of the column is high, a working range between 1.8 and 6 m / s can be used will. However, for reasons of the desired low pressure loss, it is preferable to choose between 2 and 3 m / s work.

Es bildet den Gegenstand der weiteren Erfindung, das Einbauelement zum Stoffaustausch bei einer Gasgeschwindigkeit zu benutzen, die eine Aufteilung der herabrieselnden Flüssigkeit in feinste Tröpfchen ergibt; hierzu sind Gasgeschwindigkeiten zwischen 1,8 und 6 m/s geeignet.It forms the subject of the further invention, the built-in element for mass transfer at a gas velocity to use, which results in a division of the trickling liquid into the finest droplets; gas velocities between 1.8 and 6 m / s are suitable for this.

Ein Einbau gemäß der Erfindung läßt sich mit den heutigen Fertigungsverfahren leicht aus Kreisscheiben herstellen, indem von einer Scheibe mit einem bcslimmten Radius beginnend vom Außenrand ein Ring nach dem anderen abgeschnitten wird, was z. B. durch eine nindgeführte Schweißeinrichtung erfolgen <ann.An installation according to the invention can easily be made from circular disks with today's manufacturing processes Manufacture by cutting from a disc with a slimmed Radius starting from the outer edge one ring after the other is cut off what z. B. by a closely guided welding device <ann.

Als Abstandhalter für die einzelnen Ringe tonnen innerhalb der Ringe liegende, trepp^nförmig ges'altete Bänder dienen: Die Setzstufen bestimmen den Mittenabstand der übereinanderliegenden Ringe, die oberste Trittstufe ist mit einer Verstelleinrichtung an der Kseisscheibe, die übrigen Trittstufen sind an je einem Ring befestigt. Es werden vorzugsweise sechs oder mehr derartige Abstandhalter über den Umfang des EinbausCan be used as a spacer for the individual rings within the rings, staircase-shaped Bands are used: the risers determine the center-to-center distance of the rings on top of each other, the top one The step is with an adjustment device on the ice cream disc, the other steps are each on a ring attached. There are preferably six or more such spacers around the perimeter of the installation

ίο verteilt, um ein genügend stabiles Gefüge zu erhalten.ίο distributed in order to obtain a sufficiently stable structure.

Auf den anliegenden Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigtThe subject matter of the invention is shown in an exemplary embodiment in the accompanying drawings. It shows

F i g. ! die Ansicht eines Waschiurmes, in dem eine größere Anzahl von Einheiten des neuen Einbaus Verwendung finden,F i g. ! the view of a wash tower in which a larger number of units of the new installation are used Find,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen einzelnen derartigen Einbau,F i g. 2 a single such installation on a larger scale,

F i g. 3 in einem senkrechten Teilschnitt einen treppenförmigen Abstandhalter.F i g. 3 in a vertical partial section a staircase-shaped Spacers.

Mit 10 ist der obere, mit 11 der untere Teil der Einbauten bezeichnet, die mittels einer umlaufenden Dichtung 12 an der Innenwand 13 des Waschers abgedichtet sind. Mit 15 ist der Gaseintritt, mit 16 der Gasaustriu bezeichnet. 17 ist die Zufuhr der Waschflüssigkeil, die sich im Sumpf des Waschers sammelt und mittels eines Überlaufs 18 abgeführt wird.With 10 is the upper, with 11 the lower part of the internals referred to, which is sealed by means of a circumferential seal 12 on the inner wall 13 of the washer are. With 15 is the gas inlet, with 16 the gas outlet designated. 17 is the supply of the washing liquid wedge, which collects in the sump of the washer and by means of a Overflow 18 is discharged.

Der einzelne Einbau besieht aus einer oberen waagerechten Kreisscheibe 19 und einer Reihe von oberen Ringen 20 im Oberteil 10 und einer Reihe von unteren Ringen 21 im Unterteil 11. Die Breite der einzelnen Ringe 20 und 21 ist derart, daß sie ineinandergclegt eine volle Kreisscheibe ergeben wurden Mit 22 sind Reihen von Zwischengliedern bezeichnet, mittels deren die Ringe aneinander befestigt sind und ein genau gleicher Abstand zwischen ihnen aufrechterhalten wird. Der mittlere größte Ring 23 ist gasdicht mit der Wand 13 des Waschturmes verbunden. Mit 14 sind über den Umfang des Waschermantels verteilte Stützen bezeichnet, auf denen die Ringe 23 ruhen. Die Stützen 14 sind höhenverstellbar, um eine genau waagerechte Lage aller Einbauelcmente sicherzustellen.The individual installation consists of an upper horizontal circular disk 19 and a number of upper ones Rings 20 in the upper part 10 and a number of lower rings 21 in the lower part 11. The width of each Rings 20 and 21 are such that they are nested together to form a full circular disk Rows of intermediate links referred to by means of which the rings are attached to each other and exactly the same Distance is maintained between them. The middle largest ring 23 is gas-tight with the wall 13 of the washing tower connected. With 14 distributed over the circumference of the washer jacket supports are referred to, on which the rings 23 rest. The supports 14 are adjustable in height to ensure that everyone is in an exactly horizontal position Ensure built-in elements.

F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt einer besonders einfachen Bauart, um die einzelnen Ringe in genau gleichem A.bstand zusammenzuhalten. Es ist ein treppenförmiges Band, dessen Trittstufe 24 auf dem Ring 20 bzw. 21 aufliegt, während die Setzstufc 25 als Abstandhalter und Verbindungsglied wirkt.F i g. 3 shows a section of a particularly simple design, around the individual rings in exactly the same way A. to keep your distance together. It is a step-shaped band with a step 24 on the ring 20 or 21 rests, while the Setzstufc 25 acts as a spacer and connecting member.

In F i g. 2 ist der Berieselungsvorgang angedeute¹.In Fig. 2 the sprinkling process is indicated ¹ .

Die aus der Zuleitung 17 auf die Scheibe 19 des obersten Einbaus gelangende Flüssigkeit oder diejenige Flüssigkeit, die von einem Einbau auf die Scheibe 19 des nächstfolgenden Einbaus gelangt, fließt am Rand der Scheibe über, wobei sie einen verhältnismäßig dünnen Schleier bildet und teilweise zerstäubt. Der gleiche Vorgang spielt sich auf der Außenseite der nächstfolgenden Ringe 20 ab, bis die Flüssigkeit auf dem größten Ring 23 angekommen ist. Von dessen Innenrand fällt sie nunmehr auf die Ringe 21 des unteren Einbautciles ti und bildet hier die gleichen Schleier an den Innenrändern der Ringe. Von dem untersten Ring gelangt die Flüssigkeit auf die Scheibe 19 des nächsten Einbaus.The liquid coming from the supply line 17 onto the disk 19 of the uppermost installation or that Liquid that comes from one installation onto the disk 19 of the next installation flows at the edge the disc over, forming a relatively thin veil and partially atomizing. The same The process takes place on the outside of the next following rings 20 until the liquid is on the largest one Ring 23 has arrived. From its inner edge it now falls onto the rings 21 of the lower built-in part ti and here forms the same veils on the inner edges The Rings. The liquid reaches the disk 19 of the next installation from the lowest ring.

Das Gas, dessen Strömung durch die Pfeile 26 angedeutet ist, befindet sich unterhalb jedes größten RingesThe gas, the flow of which is indicated by the arrows 26, is located below each largest ring

f>5 23 außerhalb der Einbauten und tritt zwischen den Ringen 21 hindurch, um in das Innere eines Einbaus zu gelangen. Es verläßt diesen wieder, wobei es die Flüssigkeitsschleier passieren muß, die sich an den Außen-f> 5 23 outside the internals and occurs between the rings 21 through to get into the interior of a built-in unit. It leaves this again, whereby it is the liquid curtain must happen, which is at the outside

rändern der Ringe 20 des oberen Waschteiles 10 befinden. edges of the rings 20 of the upper washing part 10 are located.

Findet das neue Einbauelemcnt bei Stoffaustauschkolonnen, z. B. bei einem Waschturm, mit größerem Durchmesser Anwendung, so kann in ein Einbauclcment, bei dem der größte Ring mit der Innenwand des Turmes einen gasdichten Abschluß bildet, mittig ein weiteres Element eingesetzt werden, bei dem der größte Ring erheblich kleiner ist. In diesem Fall dringt also das Gas, welches in der Nähe der Mantelfläche des Waschturmes aufwärts strömt, zunächst durch die unteren Ringe des größeren Einbauelementes und kann alsdann in die Schlitze zwischen den unleren Ringen des inneren kleineren Elementes in dessen Innenraum dringen, um dann zunächst zwischen den oberen Ringen des kleineren Einbauelementes und alsdann zwischen den oberen Ringen des größeren Elementes in den in der Nähe des Waschermantcls liegenden Raum zu gelangen. Hierbei kann man die waagerechte Ringflächc, welche zwischen dem größten Ring des äußeren und dem größten Ring des inneren Einbauelcmentes liegt, für den Gasdurchgang mehr oder weniger absperren.The new built-in element is found in mass transfer columns, z. B. in a washing tower, with a larger diameter application, so can in a built-in, in which the largest ring forms a gas-tight seal with the inner wall of the tower, in the middle Another element can be used in which the largest ring is considerably smaller. In this case it is important the gas, which flows upwards near the surface of the washing tower, initially through the lower one Rings of the larger built-in element and can then be inserted into the slots between the lower rings of the inner smaller element penetrate into its interior, then first between the upper rings of the smaller built-in element and then between the upper rings of the larger element in the in close to the washer jacket. Here you can see the horizontal ring area, which is between the largest ring of the outer and the largest ring of the inner installation element, more or less shut off the gas passage.

Wesentlich für die Wirkungsweise des Einbaus ist der Abstand der Ringe. Dieser Abstand und die Geschwindigkeit des Gases bestimmen die Art der Aufteilung der herabricselnden Flüssigkeit und die Wirksamkeit des Stoffaustausches. Die kinetische Energie des Gases fördert die Durchmischung von Gas und Waschflüssigkeit. The spacing between the rings is essential for the functioning of the installation. That distance and the speed of the gas determine the type of division of the falling liquid and its effectiveness of the exchange of substances. The kinetic energy of the gas promotes the mixing of gas and scrubbing liquid.

Es ist mit dem neuen Einbau möglich, auf verhältnismäßig kleinem Raum eine Gasaustauschfläche /u schaffen, wobei im Falle der Verwendung in einem Waschturm als einziger Energieaufwand das Hoch-It is possible with the new installation on proportionately create a gas exchange surface / u in a small space, whereby in the case of use in a The washing tower is the only energy expended

ίο pumpen der Flüssigkeit auf den obersten Einbau erforderlich ist.ίο the liquid required to be pumped to the topmost installation is.

Das neue Einbauelement kann auch den Boden einer Reklifizierkolonne ersetzen; dabei bestimmen die Wärmeeinwirkung auf das Destillat die Gas- bzw. Dampfgeschwindigkeit, die Kühlwirkung eines Kühlers die Menge der herabrieselnden Flüssigkeit, und diese Größen müssen mit dem Abstand der Ringe abgestimmt werden.The new installation element can also replace the bottom of a reclamation column; determine the effect of heat the gas or steam speed on the distillate, the cooling effect of a cooler the Amount of the trickling liquid, and these sizes must be coordinated with the spacing of the rings will.

Auch in einen unmittelbaren Wärmeaustauscher zwi sehen einem Gas und einer Flüssigkeit läßt sich da« neue Einbauelement verwenden, auch in solchen Appa raturen, wo sowohl ein Wärmeaustausch als auch cir Stoffaustausch stattfindet.It is also possible to use a direct heat exchanger between a gas and a liquid. Use new built-in element, even in those Appa ratures, where both a heat exchange and cir Substance exchange takes place.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Pallet claims: the liquid curtain forming the built-in elements is torn up into the finest droplets.

1. Installation element for Stoifauschkoionncn nv.t vertical cylindrical column vessel, in which a mass transfer between a trickling down liquid and an ascending gas stream takes place, which takes the form of a double Truncated cone has, characterized by a group on a horizontal circular disk (19) adjoining them downwards, through spacers at a vertical distance from one another held rings (20), the diameter of which increases steadily starting from the circular disc (19) until to a largest ring (23). which forms a gas-tight seal with the inner wall of the column container forms, while the diameter of the following rings (21) decreases steadily, with the Width of the rings is such that the liquid from the outer edge of the above the largest Ring (23) lying rings (20) and from the inner edge of the underneath the largest ring (23) lying Rings (21) drips off, falls onto an underlying ring.

2. Installation element according to claim 1, characterized by such a dimensioning of the width Rings (20, 21) so that the dripping liquid falls onto a ring immediately below.

3. Installation element according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the The lowest ring of each group is equal to or approximately the diameter of the upper circular disk (19) is equal to.

4. Installation element according to one of the preceding claims, characterized in that the Centers of the upper circular disk (19) and the rings (20, 21) on the axis of the column container lie.

5. Installation element according to claim 4, characterized in that with a polygonal cross section of the Column container, the circular disk (19) and the rings (20, 21, 23) modified to a polygon are.

6. Installation element according to one of the preceding claims, characterized in that the Rings (20, 21, 23) represent sections of a disk, the circumference of which is that of the largest ring (23) is equivalent to.

7. Installation element according to one of the preceding claims, characterized in that as Intermediate pieces located within the rings, stair-shaped bands are provided, whose Risers (25) determine the center-to-center distance of the rings on top of one another, while the top step on the circular disc (19), the other steps (24) are each attached to a ring.

8. Installation element according to one of the preceding claims, characterized in that at large diameter of the column container another group of disks and rings, whose largest ring is considerably smaller than that of the built-in element, inserted in the middle of the built-in element is.

9. A method for operating a mass transfer column with built-in elements according to one of the preceding claims, characterized in that the gas velocity lies between 1.8 and 6 m / s. so that between the individual rings, the invention relates to a E.nbauelerncnt for Stoffcusiauschkolonnen with vertically standing _{/ y} -Kndrischem Kolonnenbehäker. In which there is an exchange of substances between a falling liquid and a gentle, ascending stream of gas, which has the shape of a truncated cone. As S.offauschkoionnen z. B. washing towers. Reki.f.zicrkolonnen and the like into consideration.

,, For the absorption of various components from gases using liquids used Waschiürme with various negatives, an hme LME to the mass transfer surface proper. Either floor washers of various types are common, or else packed washers. in which packing bodies of different shapes are used and washers without internals, in which a large surface is achieved by spraying the washing liquid in very distant droplets. The process very often requires a very low pressure drop in the scrubbing column. This is mostly the case when very large amounts of gas are scrubbed at atmospheric pressure. An example is the leaching of benzene or ammonia from coke oven gases, o If a low pressure loss is required with a large amount of gas, the apparatus diameters are quite large at a permissible gas velocity. This has an extremely unfavorable effect on the liquid ^{admission (m 3} liquid / , ifi washer cross-section). There is then the risk of incomplete wetting of the packing. As a rule, attempts are made to solve the problem by dividing the washer into different stages and circulating the liquid within these stages. However, this measure results in a very high consumption of electrical energy.

The spraying of very small amounts of liquid also causes difficulties, so that one too Spray towers for the case described above operate as a stage washer to ensure sufficient liquid for the to have a large washer cross-section available. Here, too, is the consumption of electrical energy