DE2109338C3 - Boden für Stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Boden für Stoffaustauschkolonnen mit mehreren parallel zueinander angeordneten und auf Traggliedcrn drehbar gelagerten, langgestreckten Elementen, die unter dem Einfluß der aufsteigenden gasförmigen Phase aus einer Ruhestellung bis zu einer maximalen Öffnungsstellung drehbar sind. Ein solcher Boden ist aus der DL-PS 67 964 bekannt. Es werden hierbei Z-förmige langgestreckte Elemente verwendet, die überlappend angeordnet sind. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß sich die einzelnen Elemente nicht unabhängig voneinander bewegen können. Bei niedriger Durchflußgeschwindigkeit wird sich das Endelement, das von keinem weiteren Element überlappt ist, zuerst öffnen. Hierdurch bedingt wird eine Strömungsablenkung hervorgerufen, durch die die Wirksamkeit des Fluidkontaktes vermindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Boden der genannten Art bereitzustellen, der sowohl bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit wie bei großer Strömungsgeschwindigkeit anwendbar ist, wobei gleichzeitig eine Strömungsablenkung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird beim Boden der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die langgestreckten Elemente auf den Traggliedern in der Ruhestellung so gelagert sind, daß sie schlitzförmige Durchlässe abgrenzen.

Hierdurch wird ferner erreicht, daß sich die Öffnungen des Sprudelbodens mit wachsender Strömungsgeschwindigkeit gleichmäßig öffnen, wobei auch schon bei geringer Druckdifferenz die Bewegung der langgestreckten Elemente in die Öffnungsstellung beginnt, so daß entsprechende öffnungen freigegeben werden und schon hier ein Fluidkontakt auftritt.

Die beweglichen Elemente werden durch den Fluidstrom so betätigt, daß sie sich auf einen Öffnungsgrad einstellen, der der Belastung der Kolonne entspricht. Jedoch werden manche beweglichen Elemente gelegentlich so bewegt, daß sich ein größerer Öffnungsgrad ergibt, während andere Elemente weniger weil geöffnet werden, was sich nach dem unterschiedlichen Verhalten oder unterschiedlichen Eigenschaften der beweglichen Elemente oder nach Unterschieden bezüglich der Verteilung des Fluids richtet. Wenn dies geschieht, wird der den Sprudelboden passierende Fluidstrom ungleichmäßig. Vorteilhafterweise werden daher die langgestreckten Elemente über mindestens ein quer zu ihnen sich erstreckendes Verbindungselement miteinander verbunden. Hierdurch wird eine gleichmäßige Bewegung der Elemente derart erzwungen, daß der öffnungsgrad bei all diesen Elementen der gleiche ist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bodens im Grundriß;

Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine in einem größeren Maßstab gezeichnete auseinandergezogenen perspektivische Teildarstellung des Bodens;

Fig. 4 zeigt im Grundriß eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bodens;

Fig. 5 zeigt einen waagerechten Teilschnitt eines Bodens mit Elementen und einem Tragglied;

F i g. 6 zeigt eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bodens;

F i g. 7 zeigt im Querschnitt profilierte bewegliche Elemente mit öffnungen;

F i g. 8 zeigt den Querschnitt einer Tragkonstruktion;

Fig. 9 zeigt einen senkrechten Schnitt eines Bodens, bei dem die Elemente mit Verbindungselementen versehen sind;

Fig. 10 ist eine perspektivische Teildarstellung der

F i g. 9;

Fig. 11 und 12 zeigen weitere Ausführungsformen von Verbindungselementen;

Fig. 13 ist ein Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Verbindungselements;

Fig. 14 zeigt eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausfühmngsform eines Verbindungselements.

In Fig. 1 und 2 erkennt man einen äußeren Mantel 1 einer Stoffaustauschkolonne mit einem Boden, der im unbelasteten Zustand dargestellt ist. Innerhalb des Mantels 1 sind auf bekannte Weise eine plattenförmige Trennwand 2 einer Falleitung und ein ihr zugeordnetes Überlaufwehr 3 angeordnet. Der erfindungsgemäße Boden ist innerhalb einer verfügbaren Berührungszone zwischen dem Überlaufwehr und dem Mantel 1 angeordnet und umfaßt einen durch eine weitere Trennwand 2 abgegrenzten Auslaß. Es sind zahlreiche langgestreckte stangenähnliche Elemente 4 vorgesehen die parallel zueinander so angeordnet sind, daß sie Schlitze abgrenzen; diese Elemente erstrecken sich quei zu ortsfesten Traggliedern oder Schienen 5, wie es ir Fig.3gezeigt ist.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform weis jedes Tragglied 5 Ausschnitte oder Aussparungen 6 auf und die beweglichen Elemente 4 sind in dies« Ausschnitte so eingeführt, daß sie durch die Traggliedei 5 unterstützt sind. Im vorliegenden Fall kann jede: bewegliche Element 4 mit einem Ausschnitt oder einei Aussparung 7 versehen sein, die zu der Aussparung dei Traggliedes 5 paßt, so daß zwischen benachbarter beweglichen Elementen öffnungen vorhanden sind deren öffnungserad sich in einem gewissen Ausmal dem Fluiddurchsatz der Kolonne anpassen kann. Be diesem Boden kann sich gemäß dem in einem größerei Maßstab gezeichneten Teil von F i g. 2 jedes beweglichi Element 4 um einen Anlagepunkt 8 zwischen den

jeweglichen Element und dem bzw. jedem Tragglied 5 sntsprechend der Fluidbela&tung innerhalb eines Bereichs drehen, der sich von der Ruhestellung bis zu einer maximalen öffnungsstellung erstreckt, wie sie in F i g. 2 bei 4' mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Während des Betriebs der Kolonne bewegt sich das nach oben strömende Fluid durch die Durchlässe zwischen benachbarten beweglichen Elementen, die sich in einem Ausmaß geöffnet haben, das der Fluidbelastung entspricht, so so daß das Fluid gemäß F i g. 2 in Richtung der Pfeile nach oben strömt, um in Berührung mit dem auf dem Bodf η vorhandenen Fluid zu kommen.

Mit anderen Worten, beim erfindungsgemäßen Boden öffnen sich die Fluiddurchlässe entsprechend der Belastung weiter, so daß die Schwierigkeiten vermieden werden, die auf eine Zunahme des Strömungswiderstandes zurückzuführen sind; außerdem vergrößert sich der insgesamt für das Fluid verfügbare Durchtriusquerschnttt. Dies bedeutet, daß sich die Kolonne innerhalb eines großen Bereichs der Durchsatzmengen der zu behandelnden Fluide stabil betreiben läßt.

Fig.4 zeigt einen Boden, bei dem die beweglichen Elemente 9 quer zu ihrer Längsachse in zwei Abschnitte unterteilt und in Form von zwei Reihen auf den Traggliedern 10 angeordnet sind. Zwischen den beiden Reihen ist ein Wehr II vorgesehen, um das Fluid auf dem Sprudelboden zu veranlassen, in Richtung der in F i g. 4 eingezeichneten Pfeile zu strömen.

Bei der Konstruktion nach Fig.4 hat der äußere Mantel 12 einen rechteckigen Querschnitt, und es ist keine Fa !leitung vorgesehen.

Außer den beschriebenen flachen beweglichen Elementen kann man auch anders geformte bewegliche Elemente verwenden, die mindestens zwei Seitenflächen aufweisen. 3^

Fig.5 zeigt eine Konstruktion, bei der jedes bewegliche Element 13 einen L-förrnigen Querschnitt hat und auf einem Tragglied 15 angeordnet ;.;' da^ mit V-förmigen Ausschnitten oder Aussparungen 14 versehen ist, welche zu dem einen seitlichen Teil der L-förmigen beweglichen Elemente 13 passen. Die so gelagerten beweglichen Elemente 13 können sich nach oben drehen, bis ein Öffnungsgrad erreicht ist, der durch die V-Form des Ausschnitts oder der Aussparung 14 des Traggliedes 15 begrenzt ist; mit anderen Worten, jedes bewegliche Element 13 kann sich auf der Bodenfläche 16 des Ausschnitts bzw. der Aussparung 14 nach oben in die Stellung drehen, die in Fig.5 bei 13' mit gestrichelten Linien angedeutet ist, wobei die jeweilige Stellung des beweglichen Elements der Belastung des Bodens entspricht. Hierbei kann sich das nach oben steigende Fluid durch die Durchlässe zwischen benachbarten beweglichen Elementen nahezu direkt nach oben bewegen, wie es in F i g. 5 durch einen Pfeil angedeutet ist.

Fig. 6 zeigt einen Boden mit beweglichen Elementen 17, die zwei einen spitzen Winkel einschließende Abschnitte umfassen; gemäß F i g. 6 können die beiden Abschnitte jedes beweglichen Elements 17 in manchen Fällen mit mehreren öffnungen 18 versehen sein. Jedes bewegliche Element 17 weist an jedem Ende einen Ansatz 19 auf, der >n einem L-förmigen Tragglied 21 gelagert ist, das mit zu den Ansätzen 19 passenden Lageröffnungen 20 versehen ist. Bei einem Boden mit beweglichen Elementen der in F i g. 6 gezeigten Form wird der gesamte Durchtrittsquerschnitt der durch benachbarte bewegliche Elemente abgegrenzten Durchlässe allmählich und auf sehr vorteilhafte Weise vergrößert, wenn sich der öffnungsgrad der beweglichen Elemente entsprechend der Fluidbelastung vergrößert, wobei sich die beweglichen Elemente z. B. aus ihrer Ruhestellung in die in F i g. 6 mit gestrichelten Linien angedeutete Stellung bewegen, so daß sich der hochsteigende Fluidstrom durch jeden Durchlaß längs des aufrechtstehenden Teils jedes beweglichen Elements 17 direkt nach oben bewegt und in innige Berührung mit dem Fluid auf dein Boden gebracht wird, wobei sich eine Verlängerung der Berührungszeit ergibt. Wenn man die beweglichen Elemente 17 mit einer großen Zahl von öffnungen 18 versieht, wird eine erhebliche Vergrößerung der verfügbaren Berührungsfläche erzielt, so daß sich der Wirkungsgrad des Bodens erhöht. Bezüglich des Winkels zwischen den beiden Abschnitten der L-förmigen beweglichen Elemente sowie bezüglich des Verhältnisses zwischen der Breite des einen Abschnitts zur Breite des anderen Abschnitts ergeben sich in der Praxis keine Begrenzungen.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform umfaßt jedes bewegliche Element 22 im Querschnitt einen ebenen Abschnitt und einen kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitt; mit anderen Worten, an eine ebene Platte schließt sich eine kreisbogenförmig gekrümmte Platte an, welche mit öffnungen 23 versehen ist. die Durchlässe für ein Fluid bilden, ledes bewegliche Element 22 ist an seinem von dem gekrümmten Abschnitt abgcwandien Ende mittels einer Achbo 24 drehbar gelagert, und da der gekrümmte Abschnitt mit Öffnungen 23 versehen ist, werden diese öffnungen in einer zunehmenden Anzahl freigelegt, wenn sieh das bewegliche Element aus seiner Ruhestellung in die in F i g. 7 bei 22' mit gestrichelten Linien angedeutete Stellung dreht; diese freigelegten öffnungen vergrößern der Durchtrittsquerschnitt zwischen benachbarten beweglichen Elementen, so daß sich der Fluiddurchsatz entsprechend erhöht. Ferner kann das durch die öffnungen 23 strömende Fluid bewirken, daß das auf dem Boden vorhandene Fluid bzw. die Flüssigkeit in einer bestimmten Richtung strömt.

F i g. 8 zeigt eine Ausführungsform mit massiven beweglichen Elementen 25, bei denen die gleiche Fläche zur Verfügung steht wie bei dem beweglichen Element 17 nach F i g. 6, wobei die Elemente 25 in Räumen angeordnet sind, die durch ein oberes Tragelement 26 und ein unteres Tragelement 27 abgegrenzt sind. Jedes bewegliche Element 25 ist in einem Ausschnitt bzw. einer Aussparung des unteren Tragelements 17 angeordnet, das in Abständen mit solchen Ausschnitten versehen ist, der maximale öffnungsgrad jedes beweglichen Elements 25 wird durch das obere Tragelement 26 begrenzt, so daß sich jedes bewegliche Element nach oben drehen kann, bis es die in F i g. 8 mit gestrichelten Linien angedeutete Stellung erreicht hat.

Es ist erwünscht, dafür zu sorgen, daß die beweglichen Elemente eines Bodens gleichzeitig mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung so bewegt werden, daß der öffnungsgrad bei allen beweglichen Elementen gleich ist.

Um die beweglichen Elemente gemeinsam zi bewegen, kann man sie auf die verschiedenste Weist miteinander verbinden; die einfachste Anordnung erhäl man, wenn man für die beweglichen Element! mindestens eini¹ gemeinsame Stange vorsieht, die siel quer zu einem Satz beweglicher Elemente erstreckt um alle Elemente des Satzes miteinander verbindet. Di beweglichen Elemente werden mit der ihnen gemein sam zugeordneten Stange, d.h. dem Verbindungsgliei

in den meisten Fällen dadurch verbunden, daß die beweglichen Elemente oder das Verbindungselement oder sowohl die beweglichen Elemente als auch das Verbindungsglied mit zueinander passenden Ausschnitten oder Aussparungen versehen werden, die ebenso in Eingriff miteinander gebracht werden, wie die beweglichen FJemcnle auf den Traggliedern drehbar gelagert sind.

Fig.9 zeigt eine Konstruktion, bei der bewegliche Elemente 32 mit einem allgemein L-förmigen Quer- ίο schnitt auf einem Tragglied 31 angeordnet sind, das an dem äußeren Mantel 30 einer Stoffausiauschkolonne befestigt ist; die beweglichen Elemente 32 sind miteinander durch eine ihnen gemeinsam zugeordnete Stange 34 verbunden, die mit Ausschnitten oder Aussparungen 33 versehen ist, welche den veischiedenen beweglichen Elementen zugeordnet sind; die Stange 34 ist mit den Ausschnitten 33 in Eingriff mit den beweglichen Elementen angeordnet, so daß sich alle Elemente 32 gleichzeitig bewegen müssen, da sie durch κ> die Stange 34 miteinander verbunden sind, so daß sich bei allen beweglichen Elementen der gleiche Öffnungsgrad ergibt.

Fig. 10 zeigt weitere Einzelheiten der Trag- und Verbindungskonstruktion nach F i g. 9. Das Tragglied 31 ist mit Aussparungen oder Ausschnitten 35 versehen, damit es die beweglichen Elemente 32 unterstützen kann, und die beweglichen Elemente 32, die einen allgemein L-förmigen Querschnitt haben, sind innerhalb ihrer gekrümmten Abschnitte mit Schlitzen 36 versehen. An jedem Ende weist jedes bewegliche Element 32 einen Ausschnitt 37 auf, der dem entsprechenden Ausschnitt 35 des Traggliedes 31 zugeordnet ist, und das bewegliche Element 32 ist auf dem Tragglied 31 dadurch drehbar gelagert, daß ein Rand seines Ausschnitts 37 in die Aussparung 35 des Tragelemcnts eingreift. Ferner ist eine den beweglichen Elementen gemeinsam zugeordnete Stange bzw. ein Verbindungsglied 34 vorgesehen, das mit den schon erwähnten Ausschnitten oder Aussparungen 33 versehen ist, welche entsprechend ausgeschnittenen oder ausgesparten Teilen der beweglichen Elemente 32 zugeordnet sind; gemäß Fig. 10 greifen das Verbindungselement 34 und die beweglichen Elemente 32 an ihren einander zugeordneten Ausschnitten ineinander.

Fig. 11 und 12 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Verbindungselementen. Gemäß Fig. 11 sind zusätzliche Bauteile 40 an den oberen Flächen der einen L-förmigen Querschnitt aufweisenden beweglichen Elemente 39 befestigt, die durch ein Tragelement 38 unterstützt sind, wobei die beweglichen Elemente und das Tragelcment mit Aussparungen oder Ausschnitten versehen sind, und wobei die beweglichen Elemente durch die zusätzlichen Bauteile 40 mit einer gemeinsamen Stange 41 verbunden sind, die in der aus Fig. 10 ersichtlichen Weise über den beweglichen Elementen liegt. Bei der Anordnung nach Fig. 12 ist an der Unterseite eines flachen beweglichen Elements 44 ein zusätzliches Bauteil 45 befestigt; das bewegliche Element weist zahlreiche Öffnungen 43 auf, die über seine ganze Fläche verteilt sind, und das bewegliche Element ist durch ein Tragglied 42 unterstützt, das: zu den beweglichen Elementen passende Ausschnitte oder Aussparungen aufweist. Das Bauteil 45 ist mit einem L-förmigcn Schlitz 46 versehen, und eine allen fts beweglichen Elementen gemeinsam zugeordnete Sümgc 47, die den Schlitzen 46 entsprechende Ausschnitte oder Aussparungen aufweist, steh! in Eingriff mit den Schlitzen 46, so daß die beweglichen Elemente 44 unter Vermittlung durch die Bauteile 45 mit der gemeinsamen Stange 47 verbunden sind.

Wenn die beweglichen Elemente gleichzeitig bewegbar sind, ist es in manchen Fällen erwünscht, dafür zu sorgen, daß sich die beweglichen Elemente schrittweise bewegen.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung, bei der bewegliche Elemente 48 durch ein Tragglied 49 in der gleichen Weise unterstützt sind, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Über die beweglichen Elemente 48 hinweg erstreckt sich quer dazu eine gemeinsame Stange 50 mit Ausschnitten oder Aussparungen, von denen jede zwei verschieden stark geneigte Flächen 51 und 52 umfaßt, die mit der Anlagefläche des betreffenden beweglichen Elements 48 zusammenarbeiten können. Jedes bewegliche Element 48 läßt sich leicht bewegen, bis es zur Anlage an der ersten geneigten Fläche 51 kommt. Sobald sich alle beweglichen Elemente auf den gleichen Öffnungsgrad eingestellt haben, wobei sie in voller Berührung mit den geneigten Flächen 51 s;tehen, setzt eine zweite Aufwärtsbewegung der beweglichen Elemente ein. Während dieser Bewegung bewegen sich die Elemente jeweils in einer Aussparung 53 des Traggliedes 49, und zwischen benachbarten beweglichen Elementen vergrößern sich die Durchtrittsquerschnitte. Eine schrittweise Bewegung der beweglichen Elemente kann auch erzielt werden, wenn man die Form der an den beweglichen Elementen vorgesehenen Verbindungsstücke entsprechend wählt

So zeigl Fig. 14 z.B. ein Verbindungsstück 54 mit einer gekrümmten Fläche, das an einem Abschnitt eines profilierten beweglichen Elements 55 befestigt ist. wobei den Elementen 55 eine flache Schiene 56 zugeordnet ist, welche die gemeinsame Stange bildet und so auf den Verbindungsstücken angeordnet ist, daß sie die beweglichen Elemente 55 miteinander verbindet. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, daß sich die beweglichen Elemente 55 stufenlos verstellen.

Bei den verschiedenen Böden kann man die verschiedensten Abänderungen vorsehen, indem man den beweglichen Elementen jeweils die gewünschte Form gibt, und indem man anders ausgebildete Trag- und Verbindungskonstruktionen für die beweglichen Elemente vorsieht. Beispielsweise ist es möglich, ein bewegliches Element mit einem T-förmigen Querschnitt oder einem halbrunden Querschnitt so anzuordnen, daß sich die projizierte Seite nach oben oder unten bewegt. Ferner ist es nicht schwierig, durch entsprechende Wahl der jeweligen Anordnung, der Tragkons'truktion und der beweglichen Elemente dafür zu sorgen, daß ein die Durchlässe von unten nach oben passierendes Fluid in einer gewünschten Richtung strömt, und zwar in einem Bereich zwischen einer waagerechten Richtung und einer nahezu senkrechten Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen oder im Sinne einer Wirbelbewegung, die sich ohne Rücksicht auf die Hauptrichtung der Bewegung abspielt. Weiterhin ist es möglich, das Fluid zu veranlassen, in jeder gewünschten, nicht zu dem Boden parallelen Richtung zu strömen, indem man z. B. die Bewegung jedes zweiten der beweglichen Elemente entsprechend steuert, wenn dies erwünscht ist.

Gemäß der Erfindung kann man je nach den physikalischen Eigenschaften und dem jeweiligen Zustand des zu behandelnden Fluidcs die verschiedensten Bedingungen wählen, unter denen die Fluide in Berührung miteinander gebracht werden, z. B. eine bestimmte Fluidvertcihing, eine Unterteilung des

Fluidstroms, ein bestimmtes Mischungsverhältnis, ein Zurückhalten eines Fluides auf dem bzw. jedem Boden, einen Druckabfall eines Fluides im Bereich eines Bodens.

Die Böden nach der Erfindung können in einem Gusoder Dampf-Flüssigkeits-Kontaktturm verwendet werden, um eine Destillation oder eine Rektifikation oder eine Absorption durchzuführen, oder in einer Flüssigkeits-Flüssigkeit- oder zum Wärmeaustausch dienenden Flüssigkeits-Feststoff-Kontaktkolonnc verwendet wer-

den, um eine Kxtraktion oder einen Waschvorgan^ durchzuführen, oder in einer Vorrichtung zum llerstel len einer Berührung zwischen Ciasen und festen Stoffen z. B. einem fluidisierten Belt oder einer sogenannter Luftrutsche. Somit ermöglicht es die Erfindung, dii Berührung zwischen Fluiden zu verstärken und einei höheren Wirkungsgrad /.. B. beim Raffinieren von Hrdöl bei der Luftsichtung, der Gasabsorption, dem Beseitigei von Abfallstoffen, der Extraktion oder dem Trocknen /\ erzielen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

/ί Patentansprüche:

1. Boden für Stoffaustauschkolonnen mit mehreren parallel zueinander angeordneten und auf Traggliedern drehbar gelagerten, langgestreckten Elementen, die unter dem Einfluß der aufsteigenden, gasförmigen Phase aus einer Ruhestellung bis zu einer maximalen Öffnungsstellung drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elemente (4,9,13,17,22,25,28,32,39,44, 48,55) auf den Traggliedern (5,10,15,21,26,27,29, 31, 38, 42, 49) in der Ruhestellung so gelagert sind, daß sie schlitzförmige Durchlässe abgrenzen.

2. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elemente über mindestens ein quer zu ihnen sich erstreckendes Verbindungselement (34, 41, 47, 50, 56) miteinander verbunden sind.