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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit über eine Packung in einem Gas-Flüssigkeit-Kontakt-Apparat als „Fallfilmverteiler“ so, dass kein Vordruck beim Austritt der Flüssigkeit aus dem Verteiler vorhanden ist, was wiederum der Tropfenbildung der Flüssigkeit sehr stark minimiert bzw. total eliminiert.
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Hintergrund der Erfindung
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In der industriellen Fluidverteilung auf Füllkörperpackungen wird die Flüssigkeit durch eine Vorrichtung auf den Füllkörpern einer Füllkörperschüttung verteilt. Diese Vorrichtung zur Verteilung des Fluids haben einen Flüssigkeitsvordruck vor dem Austritt der Flüssigkeit aus der Vorrichtung, der die Säuregeschwindigkeit erhöht, was eine Tropfenbildung hervorruft und den nachgeschalteten Filter durch die eingetragenen Tropfen belastet, welche durch den Tropfenabriss entstehen. In eine Schwefelsäure-Kontaktanlage können die mitgerissenen feinen Tropfen die nachgeschalteten Filtersysteme überlasten und erhebliche Korrosionen hervorrufen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit auf der Füllkörperpackung zu entwickeln, die mit einfachen Mitteln die entstehende Tropfenbildung minimiert bzw. möglichst weitgehend eliminiert.
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Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise gemäß der Erfindung gelöst mit einem Berieselungssystem insbesondere für Füllkörperpackungen, umfassend zumindest eine Vorrichtung zur Verteilung eines Fluidstrahls auf eine jeweilige Breite mit zumindest einer Einrichtung zur Zuführung des Fluids, zumindest einem Verteilerarm mit einer ersten Kammer und einer der ersten Kammer in Strömungsrichtung des Fluids nachgeordnete zweiten Kammer, wobei zwischen der ersten und der zweiten Kammer eine Lochplatte 4 angeordnet ist, und wobei die zweite Kammer eine Austrittswand aufweist, wobei in der Austrittswand zumindest ein, bevorzugt mehrere, Austrittsschlitze vorhanden sind, und wobei die Vorrichtung eine Führungsfläche umfasst, auf welche im Betrieb aus den Austrittsschlitzen austretendes Fluid auftrifft und aus dem Verteilerarm ausgegossen wird.
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Weitere Risiken bekannter Berieselungssysteme sind Verstopfungen durch Keramik-Partikel, das heißt Absplitterungen von Füllkörpern. Derartige Systeme werden dimensioniert über Durchmesser von Bohrungen in den Verteilerarmen beziehungsweise Durchmesser von Verteilerrohren in Abhängigkeit des Säurevolumenstroms. Dies gilt nicht für ein Berieslungssystem gemäß der Erfindung. Die Dimensionierung der Größe der Öffnungen in der Lochplatte sowie der Austrittsschlitze ist dabei unabhängig vom Volumenstrom des Fluids und wird bemessen nach der im Betrieb auftretenden maximalen Partikelgröße in Flüssigkeitsstrom. Darauf wird weiter unten genauer eingegangen.
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Bevorzugte Einsatzgebiete
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Schwefelsäureanlagen sind ein Haupteinsatzgebiet für diese Erfindung. Insbesondere kann die Erfindung für folgende Einsatzgebiete genutzt werden:
- • zur Verteilung der Schwefelsäure in Trockenturm
- • zur Verteilung der Schwefelsäure in Absorptionstürme
- • zur Verteilen wässriger H2O2-Lösungen in Chemiesorptionstürmen
- • Zur Verteilung des Wassers bzw. Prozesswassers im Quenchturm
- • Zur Verteilung der Lauge/Säure in Chemiesorptionstürme
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Grundsätzlich ist die Erfindung dafür geeignet, beliebige flüssige Medien, insbesondere auf Füllkörperpackungen, zu verteilen. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung zur Verteilung eines Fluidstrahls auf einer Füllkörperpackung einen Film aus dem Fluid, insbesondere der Flüssigkeit bildet, und die Bildung von Tropfen im Wesentlichen vollständig verhindert wird. Dies erreicht die Erfindung mit einer konstruktiv äußerst einfachen Konstruktion, die es erlaubt, die Vorrichtung beispielsweise im Wesentlichen allein aus planaren Blechen durch Knicken beziehungsweise Biegen und Anbringen einer geraden Schweißnaht zu fertigen. Damit wird eine maschinelle Fertigung, insbesondere unter Einsatz von Robotern, gerade für das Schweißen, ermöglicht. Öffnungen beziehungsweise Löcher in den Blechen können sowohl maschinell als auch manuell gestanzt werden.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen auf den beigefügten Zeichnungen näher dargestellt.
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1 zeigt ein Berieselungssystem 10 beziehungsweise Fallfilmfluidverteiler gemäß der Erfindung. Das Berieselungssystem 10 umfasst im gezeigten Beispiel acht Vorrichtungen 1. Das Berieselungssystem 10 umfasst des Weiteren eine Zufuhreinrichtung 100, die im gezeigten Beispiel eine quer zur Längserstreckung der Vorrichtungen 1 angeordnete Rohrleitung 120 umfasst, welche mit einer Zuleitung 150 verbunden ist. Das Berieselungssystem 10 kann in vorteilhafter Weise wie in 1 dargestellt einfach auf den oberen Rand der Wandung (Ausmauerung) der Anlagenkomponente aufgelegt werden, welche die Füllkörperschüttung enthält, die benetzt werden soll. Es ist keine weitere Befestigung notwendig. Damit ermöglicht die Erfindung eine deutliche Kostenreduktion im Vergleich zu Anordnungen, die separate Befestigungs- beziehungsweise Montagemittel benötigen.
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In einer Anlage, in welcher ein erfindungsgemäßes Berieselungssystem eingesetzt wird, könnte in der Darstellung in 1 unterhalb des Berieslungssystems 10 die Füllkörperschüttung angeordnet sein, welche im Betrieb von unten nach oben insbesondere von einem gasförmigen Fluid durchströmt wird. In dessen Strömungsrichtung dem Berieselungssystem folgend könnte oberhalb dessen das Dach der Anlage positioniert sein, in welchem Filter, insbesondere Kerzenfilter, zur Abscheidung von Flüssigkeit oder anderen Medien angebracht sind. Selbst bei einem Filterausfall ist die Korrosionsgefahr für nachfolgende Anlagenteile mit Hilfe der Erfindung deutlich gering, da keine Tropfen vorhanden sind, welche von einem Gas mitgerissen werden können.
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Häufig ist in einem eine Füllkörperschüttung beinhaltenden Anlagenteil ein Sieb angebracht, um beispielsweise Bruchstücke von beschädigten Füllkörpern zurückzuhalten. Gerade bei keramischen Füllkörperschüttungen fallen jedoch so kleine Partikel als Bruchstücke an, dass diese die Öffnungen von herkömmlichen Befeuchtungsvorrichtungen (Fluidverteilervorrichtungen) verstopfen können. Häufig werden bei bekannten Befeuchtungsvorrichtungen Flüssigkeiten über Öffnungen relativ dünner Rohre auf die Füllkörperschüttung aufgebracht. Solche Öffnungen können durch die Bruchstücke der Füllkörper verstopft werden.
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Beispielsweise korrespondiert bei der Schwefelsäuresynthese die Säuremenge mit der Lochfläche. Bei vorgegebener Menge an Säure pro durchströmter Querschnittsfläche der Füllkörperpackung und gegebener Anzahl an Rohren sowie an Löchern ergibt sich der Durchmesser der Löcher in den Rohren, aus welcher die Flüssigkeitstropfen dann auf die Füllkörperpackung fallen, aus der Säuremenge. Eine Verstopfung führt dann zu einer äußerst unsicheren Betriebsweise, da die gleichmäßige Befeuchtung nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Im Gegensatz dazu kann mit Hilfe der Erfindung die Größe von Öffnungen unabhängig von der Säuremenge bestimmt werden. Dies liegt daran, wie die zweite Kammer mit der ersten Kammer zusammenwirkt. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verteilerarms für das Berieselungssystem beziehungsweise den Fallfilmfluidverteiler in einer teilweise aufgebrochenen perspektivischen Darstellung.
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Durch die Einrichtung 2 zur Zuführung des Fluids tritt dieses in die erste Kammer ein. Der Boden der ersten Kammer umfasst eine Lochplatte 4. Der Boden weist in Strömungsrichtung des durch die Einrichtung 2 einströmenden Fluids gesehen in dem der Einrichtung 2 gegenüberliegenden Bereich im gezeigten Ausführungsbeispiel keine Löcher auf. Anders ausgedrückt kann so die Vorrichtung 1 ein Stoppblech unter dem Zulauf 2 aufweisen. Daher verteilt sich das einströmende Fluid in der ersten Kammer nach außen hin.
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Die Öffnungen in der Lochplatte 4 dienen der Verteilung der Flüssigkeit über die gesamte Länge der Vorrichtung 1. Es wird in der ersten Kammer vor dem Fluidzulauf in die zweite Kammer ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm erzeugt. Daraus fällt das Fluid in die zweite Kammer. Es tritt dabei insbesondere in einem Bereich in die zweite Kammer ein, welcher dem Bereich, in dem Austrittsschlitze 5 in der Außenwand der zweiten Kammer angeordnet sind, gegenüberliegt.
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Die Öffnungen im Lochblech 4 beziehungsweise die Austrittsschlitze 5 gemäß der Erfindung können nicht durch sich aus der Füllkörperpackung lösende Bruchstücke verstopft werden, da zum einen diese Partikel aufgrund der Konstruktion nicht bis zu diesen Öffnungen gelangen dürften. Zum anderen werden die Öffnungen ausreichend groß dimensioniert. Beispielsweise werden die Löcher in der Lochplatte 4 ca. 150% größer im Durchmesser gewählt als der größte Partikel im Systemkreislauf der Anlage, in welche die Vorrichtung 1 eingebaut ist. Insbesondere kann bei typischen Füllkörperschüttungen der Durchmesser der Öffnungen der Lochplatte 4 mindestens 4 mm betragen. Die Abmessungen der Austrittsschlitze 5 sind vorzugsweise größer als die der Öffnungen in der Lochplatte 4. Die Lochplatte 4 kann vollständig beziehungsweise teilweise durch ein Draht-Mesh ersetz werden. So wird die Durchlässigkeitsfunktion der Lochplatte 4 beibehalten aber konstruktive Bauweise variiert, wenn konstruktive bzw. verfahrenstechnische sowie finanzielle Aspekte des Apparats dadurch optimiert werden können.
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In 2A ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung anhand einer in einer Ebene senkrecht durch die Vorrichtung in Längsrichtung dargestellt. Man erkennt den Zulauf 2, die erste Kammer, das Lochblech 4, die zweite Kammer und deren Austrittsschlitze 5. Im gezeigten Beispiel haben die Öffnungen des Lochbleches 4 zwischen erster und zweiter Kammer ein Rechteckprofil. Die Austrittsschlitze 5 sind deutlich größer bemessen als die Öffnungen des Lochbleches 4. Am Boden der zweiten Kammer ist eine Entleerungsöffnung 320. Auch die Entleerungsöffnung 320 ist größer dimensioniert als die Öffnungen des Lochblechs 4. Sie ermöglicht ein im Wesentlichen vollständiges Entleeren der Vorrichtung 1, was beispielsweise dann wichtig sein kann, wenn eine Anlage mit einem erfindungsgemäßen Berieselungssystem für Umbau- oder Wartungsarbeiten außer Betrieb genommen wird.
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3 zeigt eine seitliche Darstellung eines Verteilerarms für das Berieselungssystem beziehungsweise den Fallfilmfluidverteiler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des eines Verteilerarms in einer teilweise aufgebrochenen perspektivischen Darstellung.
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5 zeigt eine seitliche Darstellung eines Verteilerarms der in 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.
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6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Verteilerarms in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer Varation in der Ausgestaltung der Fluidzufuhr.
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7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Verteilerarms in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit zwei Fluidzufuhrleitungen.
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8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Verteilerarms in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit seitlicher Fluidzufuhr.
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Die 9A und zeigen perspektivische Darstellungen eines Verteilerarms, in unterschiedlichen Variationen der Erfindung
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10 zeigt Variationen der Austrittsschlitzformen.
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11 zeigt Variationen der Bohrungen in der Lochplatte.
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12 zeigt eine schematische und funktionelle Darstellung der Fluidströmung in einem Verteilerarm eines Berieselungssystems beziehungsweise Fallfilmfluidverteilers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.
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13A zeigt eine schematische und funktionelle Darstellung der Fluidströmung in einem Verteilerarm eines Berieselungssystems beziehungsweise Fallfilmfluidverteilers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer teilweise aufgebrochenen perspektivischen Darstellung.
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13B zeigt eine schematische und funktionelle Darstellung der Fluidströmung in einem Verteilerarm eines Berieselungssystems beziehungsweise Fallfilmfluidverteilers gemäß der in 13A gezeigten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.
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In
14 ist eine bekannte Vorrichtung zur Fluidverteilung aus
DE 10 2007 035639 B3 wiedergegeben. Bei dem in
14 dargestellten bekannten Berieselungssystem erfolgt eine gleichmäßige Berieselung entlang des Verteilerarms durch dessen eine Flüssigkeitskammer mit geringer Geschwindigkeit der austretenden Flüssigkeit. Die Bildung kleiner Tropfen wird dadurch vermieden. Die freie Durchtrittsfläche für Gas liegt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise bei etwa 65 bis 80 % der Gesamtfläche. Allerdings besteht hier der große Nachteil, dass aufgrund der geringen Lochdurchmesser und Spalte gerade bei kleinen Berieselungsrraten ein erhöhtes Verstopfungsrisiko besteht.
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In
15 ist eine bekannte Vorrichtung zur Fluidverteilung aus
US 20040182013 A1 wiedergegeben. In
16 ist eine bekannte Vorrichtung zur Fluidverteilung aus
US 5906773 A wiedergegeben. In
17 ist eine bekannte Vorrichtung zur Fluidverteilung aus
US 5439620 A wiedergegeben.
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In den 18 und 19 sind für erfindungsgemäße Ausführungsformen bevorzugte Betriebsparameter angegeben. Die Führungsfläche 6 ist in 18 in Relation zu einer Füllkörperschüttung 7 dargestellt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Führungsfläche 6 mit einem Ansatz 65 wie in 18 gezeigt, auszuführen. Der Winkel zwischen einem solchen Ansatz 65 und der übrigen Führungsfläche 6 kann je nach Betriebsbedingungen auf den speziellen anwendungsfall abgestimmt gewählt werden. Beispielsweise kann der Ansatz 65 so an der Führungsfläche angebracht sein, dass er im Wesentlichen senkrecht, insbesondre parallel zu den Seitenwänden der Kammern 31 und 32 (vergleiche beispielsweise 3) verläuft. So kann das Einströmen des Fluids auf beziehungsweise in die Füllkörperpackung bei der Anwendung der Vorrichtung eingestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wird auch als Fallfilmverteiler („fall film distributor“, „FFD“) bezeichnet. Im Unterschied zu bekannten Rinnensystemen („trough system“), Ablenkplattensystemen („deflection plate system“) und Rohrverteilern („pipe distributor“) ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung als Fallfilmverteiler eine gleichmäßige Berieselung entlang des Verteilerarms durch dessen Flüssigkeitskammer, welche die erste und zweite Kammer umfasst, mit der geringsten Geschwindigkeit der austretenden Flüssigkeit - beispielsweise bei der Schwefelsäuresynthese der Säureeinlassgeschwindigkeit - aller heute bekannten Systeme aufgrund der allein schwerkraftbetriebenen Funktionsweise. Die Bildung kleiner Tropfen wird dadurch vermieden. Zudem besteht kein Verstopfungsrisiko, da die kleinste Abmessung mindestens 50% größer ist als die Siebweite. Die freie Durchtrittsfläche für Gas liegt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise bei etwa 65 bis 80 % der Gesamtfläche der Vorrichtung 1.
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Demgegenüber erfolgt die Berieselung bei Rohrverteilern nicht gleichmäßig, sondern lokal durch Löcher entlang der Rohre auf deren beider Seiten. Die Flüssigkeitseinlassgeschwindigkeit beträgt etwa 1 m/sec oder mehr durch internen Druck, und es wird ein geringer Anteil kleiner Tropfen gebildet. Aufgrund der geringen Lochdurchmesser besteht ein hohes Verstopfungsrisiko.
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Bei Rinnensystemen erfolgt die Berieselung entlang gleichmäßig verteilter Rohre über die Packungsoberfläche. Die Flüssigkeitseinlassgeschwindigkeit ist gering aufgrund der kleinen Flüssigkeitssäule in der Rinne, und die Bildung kleiner Tropfen wird vermieden. Aufgrund des geringen Rinnendurchmessers besteht aber ein erhöhtes Verstopfungsrisiko. Die freie Durchtrittsfläche für Gas liegt hier zudem nur bei etwa 45 bis 60 % der Gesamtfläche.
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Bei Ablenkplattensystemen erfolgt die Berieselung zu mehr als 50 % über den obersten Bereich der Packung. Die Flüssigkeitseinlassgeschwindigkeit leibt bei etwa 1 bis 2 m/sec aufgrund des internen Drucks. Hier wird eine große Menge kleiner Tropfen durch die Ablenkung gebildet, was eine geringe Gasgeschwindigkeit erforderlich macht. Aufgrund der reduzierten Lochdurchmesser besteht ein erhöhtes Verstopfungsrisiko bei geringen Berieselungsraten. Die freie Durchtrittsfläche für Gas liegt hier zudem nur bei etwa 55 % der Gesamtfläche.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzeln dargestellten Beispiele auch miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Berieselungssystem
- 100
- Zuführeinrichtung
- 120
- Rohrleitung
- 150
- Zuleitung
- 1
- Vorrichtung zur Verteilung eines Fluidstrahls
- 2
- Einrichtung zur Zuführung des FLuids
- 3
- Verteilerarm
- 31
- erste Kammer
- 32
- zweite Kammer
- 320
- Entleerungsöffnung
- 4
- Lochplatte
- 5
- Austrittsschlitz
- 6
- Führungsfläche
- 65
- Ansatz
- 7
- Füllkörperschüttung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007035639 B3 [0030]
- US 20040182013 A1 [0031]
- US 5906773 A [0031]
- US 5439620 A [0031]
