DE2020884B2

DE2020884B2 - Stoffaustauschkolonne

Info

Publication number: DE2020884B2
Application number: DE19702020884
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. BOId 11-04 ist
Original assignee: Stage, Hermann, Dr., 5000 Köln
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1970-04-29
Publication date: 1973-02-01
Also published as: DE2020884C3; DE2020884A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sloffaust.iuschko'onnen mit übereinander angeoidneten Boden, die mit Duivhtntlsüffnungen für die ;:ui\'eigcniie üasiörmine Phase und mit Zu- und Abflu" für du- flüssige ['hase -«ersehen sind und die an einer zentralen Säule !lestiiiz; Mild. Bedeutsam ist die \inliegende Erfindung insbesondere für solche SiofTaustaiischkolnnnen. die einer großen Budendurcl.messer. z.B. von mehreren Metern, aufweisen. Das Hauptainsendunus^biel der vorliegenden Erfindung sind Sioffaustauschkolonnen. die mit Sieb- oder Glockenboden versehen sind.

An die Planheit der Böden werden hohe Anforderungen gestellt, du Miit steigendem Durchmesser des EoJens immer schwieriger zu erfüllen sind. St» darfen auch bei Böden von mehreren Meiern Durchmesser nur Planhcitstolcran/.en in der Größenordnung einiger mm auftreten. Bei Sieb- und Glockenboden hat man diese Forderung bisher dadurch ieiK'.ei.e, aber nicnt zufriedenstellend lösen Können, daß man die Böden aus einer Vielzahl von einzelnen Blechen aufbaut und diese Bleche auf Stützträger auflagert, um hierdurch Durchbiegungen zu vermeiden. Eine andere Technik besteht darin, an Stelle von Trägern seitlich flanschförmig abgebogene Blechsegmente zu verv. enden, die mit den Flanschzon. η arvinandergelegt und miteinander verbunden werden, vvobei die Flanschteile die Träger- und Versteifungsfunktion übernehmen.

AbgL-sehi. 1 davon, daß diese Technik aiii nicht allzu große Kolonnenabmessungen beschränkt ist, eigibi sich der Nachteil einer umständlichen Befestigung und eines großen Lohnai.tcils bei der Herstellung solcher Kolonnen.

Bei sogenannten Schrägschlil/böden sind schon zentrale Stützsäuien bekannt, vvobei diese außerdem dazu dienen, die Flüssigkeit auf den obersten Boden der Kolonne zu fördern. Durch die abwechselnde Anbringung von inneren und äußeren Abflußschächten zwischen Böden und zentraler Säule bzw. Kolonnenmantel ergibt sich nicht nur ein Verlust an wirksamer Bodenfläche, sondern auch die Notwendigkeit, einen Gasabschluß für die inneren Schächte vorzusehen.

Ein weiteres Problem, welches in erster Linie bei Sieb- und Glockenboden vorliegt, besteht darin, daß bei größeren Böden zwischen Abfluß und Zufluß ein schädliches Gefälle der flüssigen Phase entsteht, durch welche eine Ungleichmäßigkeit des Stoffaustausches infolge ungleichmäßiger Durchgasung in den einzelnen Bereichen des Bodens hervorgerufen wird.
Sowohl bei Sieb- und Glockenboden als auch bei

Sehr; ^schlitzboden ergibt sich der Nachteil, daß ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um gleichgerichtete Strömungen auf übereinanderliegenden Boden zu erreichen. Dies führt dazu, daß man bei fast allen technischen Ausführungen gegensinnige Strömungsrkhtungen in Kauf nimmt, um umständliche Maßnahmen zu vermeiden, die zur Erzielung gleichsinniger Strömungen auf übereinanderliegenden Bodenbereichen erforderlich sind.

Es sind auch schon Böden bekannt, die zentrale Fallrohre aufweisen. Diese Fallrohre erfüllen aber nicht die Funktion einer durchgehenden zentralen Tragsäule, an der die Böden aufgehängt sind. Die oben offenen Fallrohre erstrecken sieb jeweils zwischen einem Boden, auf welchem die Strömung von außen radial nach innen gerichtet ist, und einem darunterliegenden Boden, auf welchem die Strömung von dem Fallrohr aus radial nach außen auf einen Sehacht zu erfolgt, der zwischen Kolonnenwand und Boden vorgesehen ist. Der oben offene Bereich der Fallrohre dient hierbei als Überflußwehr. Diese Kolonnen weisen dieselben Nachteile auf, die bereits oben an Hand der dort beschriebenen Kolonnengattunüen im einzelnen beschrieben wurden. Bei solchen mit einer Mehrzahl innerer Fallrohre versehener Kolonnen hat man bereits versucht, gewisse nachteilige Folgen des Flüssigkeitsgefälles dadurch au-zugleichen. daß man den Soden in eine Vielzahl evolventenförmiger Rinnen aufteilt, die zwischen entsprechend geformten länglichen Glocken liegen. Bei diesen Böden ist aber d'e wirksame Bodenfläche auf die rinnenförmi^en Te'le begrenzt, so daß sich ein besonders schlechter Abnutzungsgrad der Bodenfläche ergibt.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Abstützung der Böden zu verbessern, Durchbiegungen auch bei sehr großen Böden ohne zusätzliche Stü;zgerüste od. dgl zu gewährleisten, die wirksame Bodenfläche gegenüber den bekannten Kolonnen zu vergrößern sowie die Zufluß- und Abflußiystemc rau .'sparend zu integrieren.

Diese verschiedenen, zum Teil widersprechenden Forderungen erfüllt die Erfindung dadurch, daß zum Abfluß der flüssigen Phase vom äußeren Rand des Podens ausgehende, durch Wehre begrenzte Rinnen vorgesehen sind, die in öffnungen in der Wandung der zentralen Säule münden, und daß innerhalb der zentralen Säule jeweils zwischen zwei benachbarten Böden Flüssigkeitssammler angeordnet sind, über de nen sich in der Wandung der zentralen Säule weitere öffnungen befinden, die mit einem Verleilersystem verbunden sind.

Die Erfindung weist, den Vorteil auf, daß praktisch der gesamte Raum zwischen zentraler Säule und Kolonnenwand als wirksame Bodenfläche zur Verfügung steht, ohne daß es zu einem nennenswerten Gefälle zwischen den Bodengrenzen kommen kann. Die wirksame Wehrlänge kann insbesondere gegenüber den bekannten Böden wesentlich erhöht werden, weil die Wehre die volle Ausdehnung in Durchmesserrichtung aufweisen, wenn man einmal von dem Raumbedarf der zentralen Säule absieht, der naturgemäß gering ist. Diese Wehrlänge wird noch dadurch vergrößert, daß beiderseits der Rinnen Wehre vorhanden sind, was einerseits die wirksame Wehrfläche vergrößert und andererseits die Entgasung der Flüssigkeit in den Rinnen wirksam gestaltet. Auch bei sehr großen Bodenabmessungen gestaltet es die große Gesamtlänge der Wehre und die Aufhängung des Verteilersystems an der zentralen Säule das Flüssigkeitsgefälle auf einen völlig unschädlichen Wert zu reduzieren.

S Die Anbringung von zwischenbodenähnlichen Sammlern in der tragenden Säule und die Aufhängung des Verteilersystems an der Säule ermöglichen es, die ansonsten raumaufwendigen Zufluß- und Abflußsysteme mit einem Bauteil zu integrieren, wobei

ίο die Anbringung dieser Systeme an einer Stelle stattfindet, die ohnehin als wirksame Bodenfläche nicht verwendbar ist. Der bei den bekannten Ausführungen tragender Säulen praktisch unausgenutzte Innenraum der Abstützung wird also funktionell für die

abschließende Unterbringung der Zufluß- und Abflußsysteme verwertet.

Gemäß einer bevoizugtin Ausführungsfurm kann die zentrale Säule aus einer Mehrzahl in Achsrichtung aufeinanderliegender Abschnitte zusammengesetzt sein. Hierbei kann an der Innenwand der zentralen Säule ein trompetenförmiges Tauchvcrschlußrohr vorgesehen sein, das oberhalb der öffnungen für die Rinnen gasdicht befestigt ist und mit seinem unteren freien Ende unterhalb der öffnungen für das Verteilersystem in die Bouenflüssigkeit des Flüssigkeitssammlers eintaucht.

Die zentrale Säule kann zumindest teilweise doppelwandig ausgebildet sein und die öffnungen für die Bodenabflußrinnen in den doppelwandigen Bereich münden. Hierbei können die Öffnungen für die Zuführung der flüssigen Phase von den Flüssigkeitssammlern zum Verteilersyr.tem im einwandigen Bereich der Säule vorgesehen sem. Als Innenwandungen des doppelwandigen Bereiches können Tauchbleche dienen, in denen öffnungen vorgesehen sind. Die Flüssigkeitssammler können in doppelwandigen Bereichen der zentralen Säule zwischen den Innenwandungen eben verlaufen, während sie zwischen der Außenwandung und der Innenwandung die Gestalt einer Rampe aufweisen.

Bei rechteckigem Querschnitt der zentralen Säule können zur Erzielung annähernd gleicher Weglängen der flüssigen Phase auf dem Boden flügeiförmige Ansätze vorgesehen sein.

Insbesondere bei zylindrischen Kolonnen empfiehlt es bich, eine zentrale Säule zu vei wenden, die aus zwei konzentrischen Rohren besteht. Hierdurch ergibt sich eine statisch besonders günstige Ausbildung des zentralen Stützorgans.

Zweckmäßigerweise werden zwischen zwei gasdicht mit der zentralen Säule verbundenen Flüssigkeilssammlern in der Wandung der zentralen Säule öffnungen für den Druckausgleich zwischen dem Innern der Säule und dem zugeordneten Raum zwisehen aufeinanderfolgenden Böden vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeige

F i g. 1 "inen Längsschnitt durch einen Kolonnenmantel mit einer einwandigen zentralen Säule,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Kolonnenmantel mit einer einwandigen zentralen Säule und eingesetzten Tauchverschlüssen,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Kolonnenmantel mit einer teilweise doppelwandigen zentralen Säule,

F i g. 4 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Bodens für das Abflußsystem gemäß Pfeilrichtung in Fig. 3,

Fig.5 einen Querschnitt durch eine Rinne gemäß In den Fig. 1 bis3 sind die an den Seiten der

Schnittlinien V-V in F i g. 4, Rinnen 4 sich befindenden Überlaufwehre (siehe

F i g. 6 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen F i g. 5) mit 11 bezeichnet. Gemäß F i g. 3 besteht die

Bodens für das Verteilersystem mit einer aus Längs- zentrale Säule 2 an den Seiten, wo sich die Zulaufrin-

und Quenrinnen bestehenden Rinnenanordnung ge- 5 nen 4 befinden, aus Doppelwänden T und 2" (siehe

maß Schnittlinien VI-VI in F i g. 3 und auch F i g. 4). Die Sammler 3 sind nur im mittleren

Fig."⁷ einen Grundriß einer anderen Ausfüh- Bereich eben, während der zwischen den beiden

rungsform eines erfindungsgemäßen Bodens für das Wänden 2' und 2" sich befindende Teil in Richtung

Verteilersystem mit um 45^r versetzten Rinnen und auf die darüber angeordnete Zulaufrinne 4 mit ge-

bei einer als Doppelrohr ausgebildeten Säule. io neigten Flächen 3' versehen ist. Die aus den Rin-

In den F i g. 1 bis 3 sind zwecks Vereinfachung nen 4 durch die Öffnungen 5 austretende Flüssigkeit

der Darstellung und Erhaltung der Übersichtlichkeit läuft somit auf den geneigten Flächen 3' ab und tritt

jeweils nur zwei übereinanderliegende Böden des durch die Öffnungen 5' hindurch auf den zentralen

Abflußsystems dargestellt. Das jeweils dazwischen Teil des Sammlers 3 und dann durch die höher He-

sich befindende Verteilersystem ist im Grundriß in 15 gende Austrittsöffnung 6 wieder aus, um auf das

den Fig.6 und7 an Hand von Ausführungsbeispie- (hier nicht dargestellte) Verfeilersyslem z.B. gemäß

len veranschaulicht. Um die Übersichtlichkeit der F i g. 6 oder 7 zu gelangen. Mit 12 sind unterhalb der

Darstellung zu erhalten, ist in den F i g. 1 bis 3 das Sammler angebrachte Druckausgleichsöffnungen be-

Abflußsystem höher über dem Verteilersystem, wel- zeichnet. Durch die Doppelwandungen der Säule 2

ches etwa in Höhe der Austrittsöffnungen liegt, dar- 20 werden Kammern 13 (siehe auch F i g. 4) gebildet,

gestellt, als dieses in Wirklichkeit der Fall ist. welche eine Entgasung der in den Sammlern 3 ge-

Gemäß F i g. 1 sind der äußere Kolonnenmantel sammelten Flüssigkeit ermöglichen,

mitl, die Böden mit 15 und die zentrale Säule mit2 Gemäß Darstellung in Fig.4 besteht der Boden

bezeichnet. Die zentrale Säule 2 ist aus zusammenge- aus den beiden Bodenhälften 15 und 15'. zwischen

flanschten Säulenabschnitten la und 2b zusammen- 25 denen sich zwei längs einer Diagonalen verlaufende

gesetzt. Innerhalb der Säule sind die Flüssigkeits- Rinnen 4 und die zentrale Säule 2 befinden. In dieser

sammler 3 angebracht, auf denen die aus den Rin- DaiMcllung besteht die zentrale Säule 2 aus einem im

nen 4 durch die Öffnungen 5 eintretende Flüssigkeit Querschnitt quaü-atischen Profil, wobei die beiden

gesammelt wird, und dann durch die Austrittsöffnun- den Rinnen zugewandten Seitenwände doppelwandig

gen 6 auf das hier nicht dargestellte Verteilersystem 30 ausgebildet sind. Die Befestigung der Bodenhälften

gelangt. 15 und 15' am Kolonnenmantel 1 kann durch An-

Die Säulenabschnitte2α sind am unteren Ende schrauben an den Winkelprofilen9 (z.B. gemäß

mit einem dem Querschnittsprofil der Säule 2 ange- F i g. 3) erfolgen.

paßten Flansch 7 versehen, der mit Hilfe der Kehl- Der Ausfluß der Flüssigkeit aus der zentralen nähte 8 durch Schweißen befestigt ist. Der Flansch 7 35 Säule 2 erfolgt durch die oben beschriebenen Ausweist einen inneren und einen äußeren Flanschteil trittsöffnungen 6, von denen aus ein rohrförmiges auf. Am inneren Flanschteil sind die Böden 3 zum oder rinnenförmiges Verteilersystem 16 beaufschlagt Beispiel durch Punktschweißen befestigt, während wird, welches in F i g. 6 dargestellt ist und aus einer der äußere Flanschteil zur Befestigung des folgenden Längsrinne 16« und einer Querrinne 16 b besteht. Säulenabschnittes 2 b dient, der nur einen Flansch 7' 40 Die zentrale Säule 2 weist Ansätze 14 auf, um welche mit einem äußeren Flanschteil aufweist. Dieser die Flüssigkeit, die in der Nähe der Säule 2 auf den Flansch 7' ist ebenfalls mit Kehlnähten 8 am Säulen- Boden aufgegeben wird, herumfließen muß, so daß abschnitt 2 b verschweißt. Die Befestigung benach- insgesamt die mittlere Weglänge der Strömungsfäden barter Säulenabschnitte la undIb erfolgt im auge- zwischen den einzelnen zugeordneten Zufluß- "nd meinen durch Verschrauben der äußeren Flansch- 45 Abflußstellen die gleiche ist, wie dieses mit dem teile. Die Böden 15 werden ebenfalls auf äußeren durch Stromlinien angedeuteten Strömungsbild ver-Flanschteilen der Säulenabschnitte 2 b befestigt anschaulicht ist. Die Austrittsöffnungen der Säule

Die Darstellung in Fig.2 unterscheidet sich von sind gegenüber den Eintrittsöffnungen um 90° ver-

der in F i g. 1 dadurch, daß in die Säule 2 Tauchver- setzt.

Schlüsse 10 eingesetzt sind, die an der Säule2 befe- 50 In Fig. 7 ist ein auch für sehr große Böden geeig-

stigt werden. netes System veranschaulicht, bei dem die zentrale

Die Tauchverschlüsse 10 erstrecken sich in ihrer Säule 2 aus zwei miteinander verbundenen konzentri-

Länge an der untersten Stelle über die Auslrittsöff- sehen Rohren besteht. Insgesamt sind vier Rinnen 4

nungen 6 hinaus, so daß das Ende in den Spiegel der vorgesehen, so daß der Boden in vier gleiche Sekto-

auf den Sammlern 3 stehenden Flüssigkeit hineinragt 55 ren aufgeteilt ist, zwischen denen sich dann die Rin-

Die aus den Rini«n4 ausfließende Flüssigkeit ge- nen befinden. Die Zuführungsrinnen 17 verlaufen zu

langt durch die Säulenöffnung 5 sowie den Raum den Abflußrinnen 4 jeweils um 45° versetzt. Die Sek-

zwischen dem Mantel der Säule und dem Tauchver- toren des Bodens sind mit den Bezugsziffern 15 a,

Schluß auf den Sammler 3. 15 b, 15 c und 15 d bezeichnet worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stoffaustauschkoionne mit übereinander angeordneten Böden, die mit Durchtrittsöffnungen für die aufsteigende gasförmige Phase und mit Zu- und Abfluß für die flüssige Phase versehen sind und die an einer zentralen Säule gestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abfluß der flüssigen Phase vom äußeren Rand des Bodens (15) ausgehende, durch Wehre (11) begrenzte Rinnen (4) vorgesehen sind, die in öffnungen (5) in der Wandung der zentralen Säule (2) münden, und daß innerhalb der zentralen Säule (2) jeweils zwischen zwei benachbarten Böden (IS) Flüssigkeitssammler (3) angeordnet sind, über der.ti sich in der Wandung der zentralen Säule (2) weitere öffnungen (6) befinden, die mit einem Verteilern stern (16, 17) verbunden sind.

2. Stoliaustaiischkolonne nach Anspruch !. d:>durch gekennzeichnet, daß die zentrale Säule (2) aus einer Mehrzahl in AchsricMung aufeinanderliegender Abschnitte (2«. Ib) zusammengesetzt ist.

3. Stoffaustauschkoionne nach einem der \orhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an de. Innenwand der zentralen Säule (2) ein trompetcnförnrges T uchverschlußrohr (!Ο) vorgesehen ist. das oberhalb der öffnungen (5) für die Rinnen (4) gasdicht '«festigt ist und mit seinem unteren freien Ende unterhalb der Öffnungen (6) für das Verteilersystem (16. 17) in die Bodenflüssigkeit des Flüssigkeitssamnilers (3) eintaucht.

4. Stoiiaustauschkolonne nach einem der \orhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Säule (2) zumindest teilweise doppelwandig ausgebildet ist und die öffnungen (5) für die Bodenabflußrinnen (4) in den doppeiwandigen Bereich (2. T) münden.

5. Stoffaustauschkoionne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) für die Zuführung der flüssigen Phase von den Flüssigkeitssammlern (3) zum Verteilersystem (16.17) im einwandigen Bereich der Säule (2) vorgesehen sind.

6. Stoffaustauschkoionne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandungen (T) des doppelwandigen Bereiches als Tauchbleche dienen, in denen Öffnungen (5') vorgesehen sind.

7. Stoffaustauschkoionne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssammler (3) in doppelwandigcn Bereichen der zentralen Säule (2) zwischen den Innenwandungen (2') eben verlaufen, während sie zwischen der Außenwandung (2) und der Innenwandung (2') die Gestalt einer Rampe (3) aufweisen.

8. Stoffaustauschkoionne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zentralen Säule (2) mit rechteckigem Querschnitt zur Erzielung annähernd gleicher Weglängen der Strömungspfade der flüssigen Phase auf dem Boden (15) flügeiförmige Ansätze (14) vorgesehen sind.

9. Stoffaus .auschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Säule (2) aus zwei konzentrischen Rohren besteht. .

10 Stoffaustauschkolonne nach einem der vor-

h-aehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei gasdicht mit der zentralen Säule (2) verbundenen Flüssigkeitssainmlern (3) in der Wandung der zentralen Säule (2) Öffnungen (12) für den Druckausgleich zwischen dem Innern der Säule (2) und dem zugeordneten Raum zwischen aufeinanderfolgenden Böden (15) vorgesehen sind.