DE2112301B2 - Geschlitzter siebboden - Google Patents

Description

sowie daß der Schlitzwinkel der Schlitzöffnungen in dem stromaufwärts der Quermittellinie des Bodens und von der diametralen Stromlinie abliegenden Bodenteil kleiner als 15° ist und daß ein Längsteil des Bodens, der die diametrale Stromlinie enthält und vom Flüssigkeitseinlaß zum FJüssigkeitsauslaß reicht, einen Schlitzwinkel von 0° besitzt

4. Siebboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzwinkel aller Schlitzöf/nungen (114) in dem stromaufwärts der Quermittellinie (c-c)des Bodens liegenden Bodenteil 0° beträgt

λ =

LC_s+f„c_p

definiert ist in der

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= Gesamtfläche der Schlitzöffnungen (114), ausgedrückt als Bruchteil der Gesamtfläche des aktiven Teils eines bestimmten Bodenteils,

= Gesamtfläche der senkrechten öffnungen (113), ausgedrückt als Bruchteil der Gesamtfläche des aktiven Teils desselben Bodenteils,

= Öffnungskoeffizient der Schlitzöffnungen Die Erfindung betrifft einen geschlitzten Siebboden zum Inkontaktbringen eines hochsteigenden Dampfes und einer von einem Flüssigkeitseinlaß zu einem Flüssigkeitsauslaß über den Boden strömenden Flüssigkeit, der aus mehreren flachen, mit ihren Rändern quer zur Flüssigkeitsbahn aneinanderstoßenden Abschnitten besteht, die mi. einer Mehrzahl von gleichmäßig verteilten, durchgehenden Gasdurchtrittsöffnungen von fester Größe, deren Wände senkrecht zu den Grundflächen der Abschnitte verlaufen, sowie mit mehreren langgestreckten Schlitzöffnungen von größerer Breite als Höhe versehen sind, die durch die Vorderkanten von einteilig mit der flachen Grundfläche der Abschnitte verbundenen und von der Grundfläche schräg nach oben verlaufenden Seitenwänden und durch die flache Grundfläche begrenzt sind, wobei die Schlitzöffnungen, bezogen auf die Flüssigkeitsströmung, stromabwärts gerichtet sind.

Bei Siebböden besteht die Gefahr, daß infolge des hydraulischen Gradienten der über den Boden strömenden Flüssigkeit am Einlaßende des Bodens die Flüssigkeit eine größere Tiefe als am Austrittsende des Bodens hat und die Flüssigkeit aufgrund dessen dazu neig!, durch die einlaßnahen öffnungen nach unten zu fallen. Man hat versucht (US-PS 29 73189), dem dadurch zu begegnen, daß man das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der senkrecht durch den Kolonnenboden hindurchreichenden öffnungen und der Gesamtfläche des Bodens in Strömungsrichtung der

stens einige der Schlitzöffnungen (114) in dem Flüssigkeit zunehmen läßt. Das hat aber zur Folge, daß stromabwärts der Quermittellinie (c-c) des Bodens 60 die Aktivität in dem ohnehin wenig aktiven einlaßnahen liegenden Bodenteil bezüglich ihrer Winkellage Bereich noch weiter heruntergesetzt wird. Der Wirderart in Richtung auf die diametrale Stromlinie kungsgrad des Bodens ist daher zwangsweise be-(d-d)des Bodens ausgerichtet sind, daß schränkt.

Es ist weiter bekannt (US-PS 34 17 975), außer einer

a) der Schlitzwinkel einzelner Schlitzöffnungen in 65 Gruppe von gleichförmig verteilten öffnungen mit zur einer Richtung quer zum Strömungsweg der Bodenoberfläche senkrechten Wänden eine Gruppe Flüssigkeit von der diametralen Stromlinie aus von ebenfalls gleichmäßig verteilten Schlitzöffnungen gegen den Außenrand des Bodens hin zunimmt, vorzusehen, die oben durch von der Bodengrundfläche

Cp = Öffnungskoeffizient öffnungen (113) ist

und wobei sich Ai auf den Abschnitt stromaufwärts der Quermittellinie (c-c) des Bodens und A₂ auf den Abschnitt stromabwärts der Quermittellinie (c-c) des Bodens bezieht.

2. Siebboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert A für den Abschnitt (27) des Bodens, dessen stromabwärts liegender Rand sich am Flüssigkeitsauslaß befindet, kleiner als 0,3 ist

3. Siebboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde-

in

»chräg nach oben verlaufende Wände begrenzt und, jezogen auf die Flüssigkeitsströmung, stromabwärts gerichtet sind. Diese Schlitzöffnungen führen zu einer Umlenkung der Gasströmungsrichtun^ und erzeugen einen Gasschub, der schräg zur Oberfläche des Bodens verläuft Unter Ausnutzung dieses Gasschubes läßt sich die Flüssigkeit in der beabsichtigten Richtung über den Kolonnenboden bewegen; der unerwünschte hydrostatische Gradient wird weitgehend ausgeräumt Bei im übrigen glichen Parametern hat die Neutralisierung des hydraulischen Gradienten zur Folge, daß dem die Flüssigkeitsschicht auf dem Boden durchdringenden Dampf ein gleichförmiger Widerstand entgegengesetzt wird und daß sowohl die Dampf- als auch die Flüssigkeitsströme über die aktive Zone des Bodens gleichmäßig verteilt sind.

Zur weiteren Vergleichmäßigung der sich auf dem Boden einstellenden Aktivität ist es Hekannt (US-PS 3282 576), am Bodeneinlaß ein die Blasenbildung anregendes Bauteil, im folgenden kurz als Blasenbildner bezeichnet, vorzusehen, das die kinetische Energie der Flüssigkeit kurzzeitig erhöht und damit den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit absenkt Die Blasenbildung wird auf diese Weise unmittelbar am Bodeneinlaß eingeleitet und setzt sich, nachdem sie einmal begonnen hat über den Boden hinweg fort

Es zeigte sich jedoch, daß auch die vorstehend geschilderten Verbesserungen von Gas-Flüssigkeits-Kontaktböden unter bestimmten Bedingungrn nicht ausreichen, um eine volle Gleichförmigkeit hinsichtlich der Verteilung der Medien zu erzielen. Selbst wenn für eine Blasenaktivität am Einlaß gesorgt und ein Horizontalschub vorhanden ist der dem Flüssigkeitsgradienten äquivalent ist kann es zu einer beträchtlichen Fehlverteilung der Medien kommen, wodurch der Wirkungsgrad des Bodens beträchtlich verringert wird Dieses Phänomen zeigt sich häufig bei Boden von großem Durchmesser und tritt am stärksten bei hoher Dampfgeschwindigkeit in Erscheinung. Außerdem tritt die Fehlverteilung der Medien bei niedriger Flüssigkeitsbelastung leichter ein als bei hoher Flüssigkeitsbelastung.

Die Auswirkung einer Fehlverteilung der Medien stellt unter den vorstehend genannten Bedingungen bei Böden mit zusätzlichen Schlitzöffnungen (US-PS 34 17 975) und Blasenbildner (US-PS 32 82 576) im wesentlichen das Gegenteil der Effekte dar, die zu beobachten sind, wenn der Blasenbildner fehlt. Die Flüssigkeitseinlaßzone des Bodens ist jetzt überaktiv, während die Flüssigkeitsauslaßzone verhältnismäßig inaktiv ist Die Flüssigkeit wird im Einlaßbereich für gewöhnlich fluidisiert und entlang einer Bahn geworfen, die ein verhältnismäßig großes Stück über den Boden reicht Die Blasenaktivität am Auslaß ist gering; die schwere, dichte, schlecht belüftete Flüssigkeit in diesem Bereich regnet in starkem Maße durch die öffnungen hindurch auf den darunter befindlichen Boden. Die schlechte Verteilung der Medien senkt in Verbindung mit dem starken Durchregnen den Wirkungsgrad des Bodens erheblich unter die hohen Werte ab, die für kleinere Böden mit zusätzlichen Schlitzöffnungen und Blasenbildner charakteristisch sind. Dies ist in Fig. 1, einem lotrechten Querschnitt durch zwei benachbarte Böden 1 und 2, veranschaulicht.

Auf die Aufnahmezone 3 des Bodens 1 gelangende Flüssigkeit strömt über den Blasenbildner 4 auf die aktive Zone des Bodens. Die übermäßige Belüftung der Flüssigkeit ist durch die Bahnen von sehr niedrige Dichte aufweisendem Schaum angedeutet der vom Einlaß aus weit nach hinten bis ungefähr zur Stelle 5 geworfen wird. Das stromaufwärts der Stelle 5 über den Bodenöffnungen befindliche Medium niedriger Dichte

setzt dem durch den Boden iiindurchströmenden Dampf einen vergleichsweise kleinen Widerstand entgegen. Infolgedessen durchläuft ein übermäßig großer Bruchteil des die Kolonne durchströmenden Dampfes den Boden nahe dem Einlaß. Bei Annäherung an den Auslaß

ίο wird die Flüssigkeit weniger stark belüftet und dichter, was insbesondere für den Teil des Bodens zutrifft der benachbart dem Rand der aktiven Fläche am Flüssigkeitsauslaß liegt Die höhere Flüssigkeitssäule im Auslaßbereich 6 verhindert einen Dampfdurchtritt und

is läßt Flüssigkeit durch die öffnungen hindurch auf den darunterliegenden Boden fallen. Das heftige Durchregnen 7 von Flüssigkeit die durch die öffnungen hindurchtritt und nicht in dauerndem Kontakt und Stoff austausch mit hochsteigendem Gas steht, verstärkt die bereits vorhandene Überlastung der Auslaßzone des darunterliegenden Bodens weiter. Das Durchregnen ist in diesem speziellen Bereich des Bodens sehr viel stärker als benachbart der diametralen Stromlinie am Flüssigkeitsauslaß. Infolgedessen ist ein großer Teil des Bodens unwirksam; ein bedeutender Bruchteil der Flüssigkeit entweicht ohne mit dem Dampf in Berührung zu kommen. Dies hat eine erhebliche Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit des Bodens zur Folge.

F i g. 1 ist nicht maßstäblich gezeichnet um die ungleiche Tiefe des Mediums auf dem Boden deutlich zu machen. Böden der vorliegend betrachteten Art können einen Durchmesser von 7 m haben. Es kann erforderlich sein, über dieser großen Bodenfläche eine mittlere Flüssigkeitssäule von 25 mm aufrechtzuerhalten, wobei die zulässige Abweichung von diesem Mittelwert nur 5 mm betragen kann, wenn schwerwiegende Fehlverteilungen der Medien, Instabilitäten und ein beträchtlicher Leistungsabfall vermieden werden sollen.

Die vorstehend beschriebene ungleichmäßige Verteilung der Medien auf Böden großen Durchmessers ist unerwartet Fehlverteilungen wurden selbst dann beobachtet wenn entsprechend F i g. 1 das Überlaufwehr am Ablaufschacht vollständig entfernt wurde. Eine Abschwächung der Wirkung des Blasenbildners räumt das Problem nicht aus. Da die mangelhafte Verteilung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Flüssigkeitsbelastungen auftritt ist das Phänomen von dem Gesamtanteil der Dampfenergie losgelöst der zur Unterstüt- zung des Flüssigkeitsstromes herangezogen wird, d. h. von dem Verhältnis der schräg verlaufenden Schlitzöffnungen zu den senkrecht gerichteten öffnungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geschlitzten Siebboden zum Inkontaktbringen von Gasen und Flüssigkeiten mit verbesserter Flüssigkeitsverteilung über die gesamte aktive Bodenfläche zu schaffen, wobei der überaktive Flüssigkeits-Gas-Kontakt im Flüssigkeitseinlaßbereich ebenso vermieden werden soll wie die mangelnde Aktivität im Flüssigkeits auslaßbereich.

Diese Aufgabe wird bei dem Boden der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von benachbarten Abschnitten der stromaufwärts liegende Abschnitt jeweils weniger Schlitzöffnungen als

6s der stromabwärts liegende Abschnitt besitzt und daß die mittlere Anzahl der Schlitzöffnungen stromaufwärts und stromabwärts der Quermittellinie des Bodens derart gewählt ist daß Λ2/Α1 größer als 1 und kleiner als 5

ist, wobei λ durch die Gleichung

f.c.+f_rc,

definiert ist, in der

Gesamtfläche der Schlitzöffnungen, ausgedrückt als Bruchteil der Gesamtfläche des aktiven Teils eines bestimmten Boden teils, ι ο

Gesamtfläche der senkrechten öffnungen, ausgedrückt als Bruchteil der Gesamtfläche des aktiven Teils desselben Bodenteils,
Öffnungskoeffizient der Schlitzöffnungen,
Öffnungskoeffizient der senkrechten öffnungen ist.

und wobei sich λι auf den Abschnitt stromaufwärts der Quermittellinie (c-c) des Bodens und A₂ auf den Abschnitt stromabwärts der Quermittellinie (c-c) des Bodens bezieht

Als aktiver Teil eines bestimmten Bodenteils ist dabei derjenige Teil zu verstehen, auf dem die Begasung erfolgt (vgl. beispielsweise »Design of Equilibrium Stage Process« herausgegeben von Buford D. Smith, McGraw-Hill Π 963], Seiten 542, 549-552 und 556 - 559). Die Offnungskoeffizienten C_s und C_p sind in bekannter Weise (vgl. beispielsweise »Unit Operations« herausgegeben von George C Brown, John Wiley and Sons [1950], Seiten 157-160) definiert

Bei dem Siebboden nach der Erfindung wird eine weitestgehend gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung auch bei sehr großem Durchmesser des Bodens sichergestellt. Der Wirkungsgrad des Bodens ist daher besonders günstig.

Das Verhältnis λ;>/λι liegt vorzugsweise zwischen 1, 2 und 2,5.

Der Wert λ für den Abschnitt des Bodens, dessen stromabwärts liegende Kante sich am Flüssigkeitsauslaß befindet, ist vorteilhaftenveise kleiner als 0,3. Dadurch wird der Ausbildung einer Wirbelschicht, durch die ein übermäßig großer Anteil des Dampfes hindurchtreten könnte, wirkungsvoll vorgebeugt

Zweckmäßig ist der Bodendurchmesser größer als 3 m, und es sind mindestens drei Abschnitte vorgesehen, die in Richtung des Strömungsweges der Flüssigkeit zunehmend größere Schlitzdichte besitzen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung kann bei einem einfachen Emstromboden vorgesehen sein, bei dem die Flüssigkeit im Bereich eines Außenrandes ankommt und zunächst divergierend sowie dann konvergierend über die gesamte aktive Oberfläche strömt um am Flüssigkeitsauslaß an einem Außenrand abzuströmen, der dem erstgenannten AuBenrand gegenüber liegt Die Flüssigkeit wird dann über einen Ablaufschacht zu dem darunterliegenden nächsten Boden geführt den sie unmittelbar unterhalb des Auslasses des darüberliegenden Bodens er. eicht Die Flüssigkeit strömt dann über die aktive Fläche des Bodens in einer Querrichtung, die der Richtung des Flüssigkeitsstromes auf dem darüberliegenden Boden entgegengesetzt ist

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Boden jedoch als Parallelstromboden ausgelegt da bei diesem ein intensiverer Stoff austausch erzielt wird als bei dem einfachen Einstromboden. In einem solchen FaHe 6s erstreckt sich ein Mittelwehr diametral über den Boden, wodurch der Boden halbiert wird. Ein Flüssigkeitseinlaß ist an dem Rand der einen Bodenhälfte unmittelbar benachbart einem ersten Ende des Mittelwehres angeordnet. Von diesem Einlaß aus strömt Flüssigkeit über die Bodenhälfte. Unmittelbar benachbart einem zweiten Ende des Mittelwehrs befindet sich an dem gegenüberliegenden Rand der einen Bodenhälfte ein Flüssigkeitsauslaß. Am Rand der anderen Bodenhälfte ist unmittelbar benachbart dem zweiten Ende des Mittelwehrs ein Flüssigkeitseinlaß angeordnet von dem aus Flüssigkeit in der dem Flüssigkeitsstrom auf der einen Bodenhälfte entgegengesetzten Richtung über die andere Bodenhälfte strömt. Unmittelbar benachbart dem ersten Ende des Mittelwehrs befindet sich am gegenüberliegenden Ende der anderen Bodenhälfte ein Flüssigkeitsauslaß. Unmittelbar stromabwärts der Flüssigkeitseinlässe der beiden Bodenhälften liegende Abschnitte des Bodens sind dabei vorzugsweise nur mit öffnungen von fester Größe jedoch nicht mit Schlitzöffnungen versehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens einige der Schlitzöffnungen in dem stromabwärts der Quermittellinie des Bodens liegenden Bodenteil bezüglich ihrer Winkellage derart in Richtung auf die diametrale Stromlinie des Bodens ausgerichtet, daß der Schlitzwinkel einzelner Schlitzöffnungen in einer Richtung quer zum Strömungsweg der Flüssigkeit von der diametralen Stromlinie aus gegen den Außenrand des Bodens hin zunimmt der Schlitzwinkel einzelner Schlitzöffnungen ferner in der Längsrichtung des Strömungsweges der Flüssigkeit gegen den Flüssigkeitsauslaß hin zunimmt und der Schlitzwinkel einzelner Schlitzöffnungen unmittelbar benachbart dem Flüssigkeitsauslaß und dem Außenrand der aktiven Bodenfläche an der Schnittstelle mit dem Flüssigkeitsauslaß um höchstens 20° von dem Winkel abweicht den eine Tangente an der Schnittstelle mit der diametralen Stromlinie bildet, wobei dieser Winkel den maximalen Schlitzwinkel des Bodens darstellt sowie daß der Schlitzwinkel der Schlitzöffnungen in dem stromaufwärts der Quermittellinie des Bodens und von der diametralen Stromlinie abliegenden Bodenteil kleiner als 15° ist und ein Längsteil des Bodens, der die diametrale Stromlinie enthält und vom Flüssigkeitseinlaß zum Flüssigkeitsauslaß reicht einen Schlitzwinkel von 0° besitzt.

Ein solches Schrägstellen der Schlitze unterstützt bei großen Böden die Vergleichmäßigung der Flüssigkeitsverteilung. Dabei beträgt vorzugsweise der Schlitzwinkel aller Schlitzöffnungen in dem stromaufwärts der Quermittellinie des Bodens liegenden Bodenteil 0°.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Dabei zeigt

Fig.2 von oben gesehen eine perspektivische Ansicht zweier Böden mit sich ändernder Schlitzdichte,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die eine Bodenhälfte eines Bodens nach F i g. 2, die querverlaufende Abschnitte mil unterschiedlicher Schlitzdichte erkennen läßt

Fig.4 eine Draufsicht auf die eine Hälfte ein« geschlitzten Siebbodens mit Bereichen von unterschied lieh geneigten Schlitzvektoren im Flüssigkeitsauslaß quadranten,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eine Bodens mit öffnungen, deren Wände senkrecht zu Bodenoberfläche verlaufen, und einem Schütz, dessei Seitenwinde mit der Bodenoberfläche spitze Wmki bilden und

Fig.6 ein Schaubild, das die Abhängigkeit de hydrostatischen Druckes des Mediums auf dem Bode von der Länge des Strömungsweges der Flüssigke

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(vom Einlaß aus gerechnet) für bekannte geschlitzte Siebboden mit gleichförmiger Schlitzdichte und dem 'Vektorwinkel 0 sowie für erfindungsgemäß ausgelegte Böden erkennen läßt.

Fig.2 zeigt eine Gruppe von zwei benachbarten Böden 1,2 deren Ränder mit der nicht veranschaulichten lotrechten Wand der zylindrischen Kolonne im wesentlichen dicht verbunden sind. Die Böden sind als Parallelstromboden ausgelegt Die in der Kolonne herabströmende Flüssigkeit wird in zwei Ströme unterteilt, von denen im Falle des Bodens 1 der eine über die eine Bodenhälfte 3 und der andere über die andere Bodenhälfte 4 läuft Die Wege der beiden Ströme bilden eine Doppelwendel, weil die an jeder Bodenhälfte überströmende Flüssigkeit im Ablaufschacht von der einen zur anderen Hälfte überwechselt und den nächsten darunterliegenden Boden auf der gegenüberliegenden Seite der Kolonne erreicht Der Flüssigkeitsstrom auf der einen Bodenhälfte ist daher dem Flüssigkeitsstrom auf der anderen Bodenhälfte entgegengerichtet, wie dies durch Pfeile angedeutet ist Der Einlaß der einen Seite eines Bodens liegt benachbart dem Auslaß der anderen Seite.

Die beiden Ströme sind durch ein Mittelwehr 5 voneinander getrennt dessen Höhe kleiner als der Abstand zwischen den Böden ist um für eine gleichmäßige Gasverteilung zwischen benachbarten Bodenhälften zu sorgen. Die öffnung 6 im mittleren Bereich des Wehrs 5 dient dem Ausgleich der Volumina und Schichtdicken der beiden Ströme auf dem Boden.

Die eine Hälfte des Flüssigkeitsstromes gelangt von dem Ablaufschachtbogen 7a aus über ein Vorwehr 8 und die geneigte Oberseite eines Blasenbildners 9 auf die Bodenhälfte 3. Das Vorwehr 8 sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit entlang dem Kanal 8a zwischen dem Vorwehr und dem Biasenbildner 9. Das Außenende des Vorwehrs 8 ist nach unten abgeschrägt, damit eine relativ größere Flüssigkeitsmenge im Umfangsbereich des Bodens zugeführt und ein Flüssigkeitsmangel in diesem Bereich vermieden wird. Der Blasenbildner 9 ist in bekannter Weise (US-PS 32 82 576) als geneigtes Wehr ausgebildet das nur auf der schrägverlaufenden Fläche mit Perforationen versehen ist Zur Unterstützung der Blasenbildung können im Bereich des Flüssigkeitseinlasses auch andere Mittel vorgesehen sein, beispielsweise eine lippenartige verengte öffnung. Der am Blasenbildner 9 erzeugte Schaum strömt über die Flüssigkeits-Gas- Kontakthauptzone der Bodenhälfte 3, gelangt über das Auslaßwehr 10 hinweg und fällt auf der bis herunter zu dem Ablaufschachtboden 13 reichenden geneigten Wand U des Abtaufschachtes 12 nach unten. Nach Verlassen der aktiven Zone des Bodens und Eintritt in den Ablaufschacht trennt sich der Dampf von der Flüssigkeit Der Dampf strömt nach oben zum nächst höheren Boden. Die klare Flüssigkeit strömt entlang dem Ablaufschachtboden 13 sowie durch einen Ausschnitt 14 im unteren Rand 15 der geneigten Ablaufschachtwand 11 hindurch zur hinteren Hälfte des Bodens 2 (unterhalb der Bodenhälfte 4) und gelangt dann Ober ein Vorwehr, einen Blasenbildner und eine Flussigkeits-Ga»· Hauptkontaktzone ähnlich den entsprechenden Bauteilen der Bodenhalf te 3.

Die Ober die Bodenhälfte 4 strömende andere Hälfte der Kolonnenflüssigkeit lauft Ober ein Vorwehr 16. einen Blaeenbildner 17 und die Flüssigkeits-Gas-Hauptkontaktzone der Bodenhalhe 4. Danach strömt die Flüssigkeit über ein Wehr 18 in den Ablaufschacht 19.

innerhalb dessen sie auf die Höhe des Bodens 2 nach unten fällt Die Flüssigkeit gelangt auf die vordere Seite des Bodens 2 und strömt in die unmittelbar unterhalb der Bodenhälfte 3 liegende Bodenhälfte ein. Dort strömt die Flüssigkeit über ein Vorwehr 20, einen Blasenbildner 21, die Flüssigkeits-Gas-Hauptkontaktzone, ein Auslaßwehr 22 und eine geneigte Ablaufschachtwand 23.

Der Dampf steigt im wesentlichen geradlinig von Boden zu Boden nach oben. An einer Umgehung der

ίο Böden über den Ablauf schacht wird der Dampf durch die geneigte Wand 11 gehindert deren unterer Rand 15 in den Flüssigkeitsstrom eintaucht.

Die mangelhafte Verteilung von Dampf und Flüssigkeit auf Böden großen Durchmessers wird dadurch korrigiert daß die Schlitzöffnungen in Längsrichtung des Strömungskanals der Flüssigkeit ungleichmäßig verteilt angeordnet werden. Die Schlitzdichte (d. h. die Anzahl der je Flächeneinheit vorgesehenen Schlitzöffnungen) nimmt von praktisch Null am Einlaß auf einen Höchstwert am Auslaß zu. Die Schlitzdichte braucht nicht allmählich anzusteigen. Sie nimmt vielmehr vorzugsweise stufenweise zu, wodurch die Herstellung wesentlich erleichtert wird. Mit anderen Worten, die aktive Zone des Bodens kann in Abschnitt? unterteilt werden, die in Querrichtung des Strömungskanals der Flüssigkeit verlaufen und von denen jeder eine gleichförmige Schlitzdichte besitzt Die Schlitzdichte jedes Abschnittes ist jedoch größer als diejenige eines benachbarten stromaufwärts liegenden Abschnittes und kleiner als die eines benachbarten stromabwärts liegenden Abschnittes. Die Schlitzdichte des ersten querverlaufenden Abschnittes, der an den Blasenbildner anschließt ist vorzugsweise gleich Null.

Für die größte Schlitzdichte ist in dem letzten querverlaufenden Abschnitt gesorgt dessen stromabwärts liegender Rand dem Flüssigkeitsauslau benachbart liegt Die größte Schlitzdichte ist vorzugsweise so bemessen, daß der λ-Faktor 03 nicht übersteigt. Für beste Ergebnisse sollte der λ-Faktor nicht größer als 0,2 sein. Unter dem λ-Faktor eines querverlaufenden Abschnittes wird vorliegend die effektive Schlitzfläche des Abschnittes, ausgedrückt als Bruchteil der effektiven offenen Gesamtfläche des Abschnittes, verstanden. Der λ-Faktor ist dabei durch die oben angegebene Gleichung definiert Der λ-Faktor kann auch als Strömungsleitfähigkeit ausgedrückt werden. Das Produkt aus der Fläche einer Gruppe von öffnungen, beispielsweise der Schlitze oder der Perforationen, und dem öffnungskoeffizienten dieser öffnungen ist ein

Maß für die Strömungsleitfähigkeit dieser Öffnungsgruppe. Der λ-Faktor gibt infolgedessen den Bruchteil des Gesamtwertes der Strömungsleitfähigkeit eines querverlaufenden Abschnittes des Bodens an, der beispielsweise von den Schlitzöffnungen beigetragen

SS wird. Er ist daher auch ein Maß für den Bruchteil des durch den Abschnitt hindurchtretenden Gesamtdampfstromes, der von den Schlitzöffnungen übernommen wird. Wenn der λ-Faktor des Auslaßabschnittes größer als

te 03 ist, kommt es innerhalb dieses Abschnittes leicht zur Ausbildung eines Fließbettes oder einer Wirbelschicht Es wurde ein übermäßig großer Anteil des Dampfes durch diesen Abschnitt hindurcbtreten; der Stoffaustausch in sämtlichen stromrt fegenden Abschnit-

6s ten ware äctigt Im ExtremfaB könnten Teäe der stromaufwärts hegenden Abschnitte unstabil and inaktiv werden; es könnte in diese» Teiea a einem Drcegn kommen.

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Die Verwendung einer ungleichförmigen Schlitzverteilung, bei der die Schlitzdichte in Richtung auf den Ablaufschacht ansteigt, kann nicht an Hand des normalen hydraulischen Gradienten erklärt werden, wie er in Strömungskanälen von gleichförmiger Breite s auftritt Der normale Gradient stellt eine Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie dar und ist eine natürliche Folge des Reibungswiderstandes, dem die über den Boden strömende Flüssigkeit ausgesetzt ist Der hydraulische Gradient führt also zu einer potentiellen Energie oder einer Druckhöhe, die am Auslaß des Bodens kleiner als am Einlaß ist Es würde als mit dem Gradientenmodell unvereinbar erscheinen, für die größte Schlitzdichte und den stärksten Dampfschub in der Auslaßzone zu sorgen, wo der hydrostatische is Druck naturgemäß den niedrigsten Wert anzunehmen sucht

Bei Böden, deren Durchmesser über 3 m liegt, ist vorzugsweise mindestens ein Abschnitt mit mittlerer Schlitzdichte zwischen dem benachbart dem Einlaß angeordneten Abschnitt mit kleinster Schlitzdichte und dem benachbart dem Ablaufschacht vorhandenen Abschnitt mit größter Schlitzdichte vorgesehen. Es kann eine beliebige Anzahl von querverlaufenden Abschnitten mit unterschiedlicher Schlitzdichte verwendet werden. Je mehr Abschnitte vorgesehen sind, desto geringer sind im allgemeinen die Stufen, um die die Schlitzdichte von Abschnitt zu Abschnitt zunimmt Vorzugsweise sind mindestens zwei Zwischenabschnitte vorhanden.

F i g. 2 zeigt Abschnitte mit unterschiedlicher Schlitzdichte der oben beschriebenen Art Die Abschnitte sind mit Hilfe von gestrichelten oder strichpunktierten Linien angedeutet, die quer über die Bodenhälfte 3 verlaufen. An den Austrittsrand des Blasenbildners 9 schließt sich ein von Schlitzen freier schmaler Abschnitt 24 an, auf den zwei Abschnitte 25 und 26 mit mittlerer Schlitzdichte folgen. Schließlich ist ein Abschnitt 27 mit höchster Schlitzdichte vorgesehen, der sich an das Auslaßwehr 10 anschließt.

F i g. 3 zeigt die Abschnitte unterschiedlicher Schlitzdichte im einzelnen. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Längsabmessung der aktiven Bodenfläche L_ima>; 602 cm; sie beginnt am Scheitel des Blasenbildners. Ein erster querverlaufender Abschnitt von 15,2 cm Breite (gemessen in Längsrichtung des Strömungsweges), der unmittelbar benachbart dem Blasenbildner liegt enthält keine Schlitze (λ = 0); seine Breite entspricht 2,5% des Strömungsweges Der letzte querverlaufende Abschnitt benachbart dem Ablaufschacht ist 92,2 cm breit (15% des Strömungsweges) und mit 0,0605 offenen Schlitzen pro cm² (A=0,093) versehen, was ungefähr dem l,54fachen Wert der Schlitzdichte eines gleichförmig geschlitzten Bodens entspricht, wenn der Boden für das vorliegend betrachtete Flussigkeits-Gas-Strömungssystein im Hinblick auf eine Beseitigung des hydraulischen Gradienten in bekannter Weise (US-PS 34 17 975) ausgelegt wird

Zwischen dem ersten und dem letzten Abschnitt befinden sich drei zusätzliche Abschnitte mit zunehmend größerer Schlitzdichte (und λ-Faktor). Der an den ersten, von Schlitzen freien Abschnitt angrenzende zweite Abschnitt ist 273 cm breit (5% des Strömungsweges) und besitzt 0,0205 offene Schlitze je cm² (λ-0,03), was nur ungefähr dem 0£0fachen Wert der Schlitzdichte des Bodens mit gleichförmiger Schlitzdichte entspricht Der benachbart dem zweiten Abschnitt liegende dritte Abschnitt ist 261 cm breit (43% des Strömungsweges) und weist 0,0393 Schlitze je cm² (λ=0,062) auf, was der Schlitzdichte des gleichförmig geschlitzten Bodens entspricht Der an- den dritten Abschnitt anschließende vierte Abschnitt ist 18.2 cm breit (30% des Strömungsweges) und besitzt 0,044 offene Schlitze je cm² (λ=0,068), was dem l,12fachen Wert der Schlitzdichte des gleichförmig geschlitzten Bodens entspricht Das A₂/Ai-Verhältnis der Ausführungsform nach Fig.3 ist 1,4. Die Schlitzdichte eines bestimmten querverlaufenden Abschnittes braucht nicht über den gesamten Abschnitt hinweg konstant zu sein. Wird innerhalb eines bestimmten Abschnittes mit unterschiedlichen Schlitzdichten gearbeitet, bezieht sich das oben definierte Verhältnis zwischen relativ niedriger und relativ hoher Schlitzdichte von ersten, stromaufwärts liegenden Abschnitten bzw. zweiten, stromabwärts liegenden Abschnitten auf die mittleren Schlitzdichten.

Durch Schrägstellen der Schlitzöffnungen wird das Betriebsverhalten von großen Böden, bei denen sich Divergenz-Konvergenz-Effekte des Strömungsweges der Flüssigkeit wegen der zwangsläufig höheren Flüssigkeitsgeschwindigkeiten stark auswirken, zusätzlich wesentlich verbessert Es wird darunter eine waagrechte Drehung der Schlitzöffnungen in dem stromabwärts der Quermittellinie des Bodens (Linie oc der Fig.4) liegenden Bodenteil in solcher Richtung verstanden, daß die Schlitze nach innen in Richtung auf die diametrale Stromlinie weisen. Für den stromaufwärts der diametralen Stromlinie des Bodens liegenden Bodenteil soll unter Schrägstellen der Schlitzöffnungen eine waagrechte Drehung der Schlitze um einen Schlitzwinkel von weniger als 15° weg von der diametralen Stromlinie verstanden werden. Die diametrale Stromlinie ist der geradlinige Strömungsweg der Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß, der parallel zu und im Bereich des Durchmessers der Kolonne verläuft (Linie d-d der Fig.4). Die Strömung entlang der diametralen Stromlinie erfolgt in Abstand von der zylindrischen Wand und wird durch den zunächst divergierenden und dann konvergierenden Kanal nicht merklich abgelenkt Der Vektor des Schlitzes, definiert als waagrechte Linie, die senkrecht zur Querabmessung der Öffnung steht (Linien v-v der Fig.4), besitzt eine Komponente in Querrichtung, d. h. in der Richtung der Flüssigkeitskonvergenz. Normalerweise sollte die Schlitzdrehung mindestens ausreichen, um den Schlitzvektor mit der Stromlinie der Flüssigkeit (dem Strömungsweg) auszurichten, auf dem der betreffende Schlitzvektor liegt. Unter dem Schlitzwinkel wird det zwischen dem Schlitzvektor und der diametraler Stromlinie eingeschlossene Winkel verstandea

Ein Schrägstellen der Schlitzöffnungen in den stromaufwärts der Quermittellinie des Bodens liegen den Bodenteil d. h. im Einlaßquadranten eines Parallel Strombodens, ist nicht erforderlich; ein Schrägsteller der Schlitze mit Bezug auf die diametrale Stromlinie urr mehr als 15° ist nachteilig. Vorzugsweise beträgt dei Schlitzwinkel in diesem Teil des Bodens 0°. Jenseits de; Mittelpunktes des Strömungsweges beginnt jedoch di< zylindrische Wand der Kolonne, in den Strömungskana einzudringen: die Breite des Strömungskanals win rasch zunehmend verengt Flüssigkeit, die nahe dei Kolonnenwand am Bodenaußenrand in den stromab warts der diametralen Stromlinie des Bodens liegendei Bodenteil einströmt, wird nach innen in Richtung auf di< diametrale Stromlinie abgelenkt Dies fährt zn einen Quergradienten und erhöht bei einem Boden mit einen

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Schlitzwinkel von 0° in unerwünschter Weise den hydrostatischen Druck in dem Eckteil des Bodens in Nähe der Stelle, wo der Außenrand der aktiven Bodenoberfläche den Flüssigkeitsauslaß schneidet (Punkt ρ in Fig.4). Reibungseffekte der Wand suchen dort den Flüssigkeitsstrom ebenfalls zu verlangsamen. Der hydraulische Gradient wird weiter vergrößert; es kommt zu einer noch stärkeren Überlastung.

Fig.4 zeigt einen Grundrißplan eines Bodens mit einer Gruppe von schräggestellten Schlitzen, der sich für eine Vakuumdestillation von Äthylbenzol und Styrol eignet und aus im wesentlichen rechteckigen Platten aufgebaut ist Um die Herstellung zu vereinfachen, sind die Schlitzdichte und die Ausrichtung der Schlitzöffnungen innerhalb einer einzelnen Platte gleich gehalten. Nur innerhalb des dem Ablaufschacht benachbarten Quadranten 30, des Flüssigkeitsauslaßquadranten, sind schräggestellte Schlitze vorhanden, wobei der Schlitzwinkel gegenüber der diametralen Stromlinie in Richtung auf den Flüssigkeitsauslaß zunimmt. Der Schlitzwinkel wird außerdem quer zum Strömungsweg der Flüssigkeit von der diametralen Stromlinie aus in Richtung auf den Außenrand des Bodens hin größer. Der erste Parallelabschnitt 31, der die diametrale Stromlinie d-d enthält, reicht über die volle Länge des Flüssigkeitsauslaßquadranten 30 bis zu dem an den Ablaufschacht 6a angrenzenden Flüssigkeitsauslaß 31a; er ist mit geraden Schlitzen versehen, deren Schlitzwinkel gleich 0 ist, d.h. Schlitzen, die parallel zur diametralen Stromlinie verlaufen. Die Breite dieses Parallelabschnittes (101 cm) macht ungefähr 23% der vollen maximalen Breite (449 cm) des Strömungskanals aus.

Der angrenzende zweite Parallelabschnitt des Strömungsweges ist in einen stromaufwärts liegenden Teil 32, der ungefähr ²Ii der Länge des Abschnittes einnimmt und einen stromabwärts liegenden Teil 33 unterteilt. In dem Teil 32 des zweiten Abschnittes sind die Schlitze nach innen in Richtung auf die diametrale Stromlinie d-d derart gedreht daß ihre Vektoren einen Schlitzwinkel von 12,5° mit Bezug auf einen 0° •Schlitzvektor bilden. In dem Teil 33 sind die Schlitze in der gleichen Richtung auf einen Schlitzwinkel von 25° gegenüber einem 0°-Schlitzvektor gedreht. Die Breite des zweiten Parallelabschnittes (152 cm) macht ungefähr 34% der vollen maximalen Breite (449 cm) des Strömungskanals aus.

Der anschließende dritte Parallelabschnitt ist ebenfalls in einen stromaufwärts liegenden Teil 34, der ²ίι der Gesamtlänge ausmacht und einen stromabwärts liegenden Teil 35 unteneilt In dem Teil 34 sind die Schlitze derart in Richtung auf die diametrale Stromlinie gedreht daß ihre Vektoren mit einem 0"-Schlitzvektor einen Schlitzwinkel von 25° bilden. Im Teil 35 haben die Schlitzvektoren einen Schlitzwinkel von 40° mit Bezug auf einen 0°-Schlitzvektor. Der Teil 35 bildet den oben behandelten Eckteil des Bodens. Die Breite des dritten ParaJlelabschnittes /188 an) macht ungefähr 42% der vollen maximalen Breite (449 cm) des Strömungskanals aus.

Die die Schlitzvektorrichtung angebenden Pfeile in Fig.4 verlaufen näherungsweise entlang imaginären Stromlinien, die in dem konvergierenden Flüssigkeitsstrom auftreten würden.

Schreitet man in Querrichtung von dem Außenrand der aktiven Bodenoberfläche in Richtung auf die diametrale Stromlinie d-d fort ist zu erkennen, daß innerhalb des an den Außenrand unmittelbar anschließenden Bodenteiles 35 am Schnittpunkt ρ mit dem Flüssigkeitsauslaß 31a der Schlitzwinkel von 40° im wesentlichen dem Winkel entspricht den die Tangente r-f an dem Schnittpunkt ρ mit der diametralen Stromlinie d-d bildet Vorzugsweise unterscheidet sich der Schlitzwinkel des Eckteils 35 von dem Winkel, den die Tangente M und die diametrale Stromlinie einschließen, um nicht mehr als 20^c. Innerhalb der Bodenteile, die zwischen dem Bodenteil 35 und dem

ίο Bodenteil 31 mit dem Schlitzwinkel von 0° liegen, hat der Schlitzwinkel einen Wert der zwischen dem Winkel der Tangente und dem 0° -Winkel liegt

Hinsichtlich der Bemessung und Anordnung der Zonen mit vorbestimmter Vektordrehung sowie bezüfelieh der Auswahl der Winkel für die Vektordrehung besteht ein erheblicher Spielraum. Wird eine größere Anzahl von Teilflächen vorgesehen, kann die Anordnung feiner abgestimmt werden, werden jedoch auch die Fertigungskosten höher. Vorteile lassen sich bereits erzielen, wenn im Flüssigkeitsauslaßquadranten 30 nur zwei Teile mit unterschiedlichen Schlitzwinkeln vorgesehen werden. Beispielsweise kann der in Fig.4 zwischen der gestrichelten Linie x-x und dem Außenrand des Bodens liegende Bodenteil mit Schlitzen ausgestattet werden, die einen Schlitzwinkel von mindestens 20° besitzen, während innerhalb des zwischen der Linie x-x und dem Bodendurchmesser liegenden Bodenteils Schlitze mit dem Schlitzwinkel 0° vorgesehen sein können. Im allgemeinen wird in einem solchen Falle der letztgenannte Bodenteil den größeren Teil der aktiven Oberfläche des Flüssigkeitsauslaßquadranten 30 bilden; die Linie x-x kann dichter an den Außenrand herangerückt werden, wenn der Schlitzwinkel innerhalb des in diesem Rand auslaufenden Bodenteiles vergrößert wird.

Vorzugsweise hat der Einlaßquadrant durchweg den Schlitzwinkel 0°. während der Flüssigkeitsaubiaßquadrant drei Teile mit unterschiedlichem Schlitzwinkel besitzt, von denen jeder mindestens 5% der aktiven Fläche des Auslaßquadranten einnimmt Ein erster Teil, der in Längsrichtung über die volle Länge des Strömungsweges innerhalb dieses Quadranten reicht und die diametrale Stromlinie einschließt hat den Schlitzwinkel O³ und bildet weniger als 50% der gesamten aktiven Fläche des Quadranten. Ein zweiter Bodenteil, der außen von dem Flüssigkeitsauslaß und dem Außenrand des Bodens begrenzt ist besitzt innerhalb des Auslaßquadranten den größten Schlitzwinkel. Dieser Schlitzwinkel unterscheidet sich von dem Winkel, den eine Tangente an dem obengenannten Schnittpunkt und die diametrale Stromlinie miteinander bilden, um nicht mehr als 20°. Der dritte Bodenteil, der den Rest des Flüssigkeitsauslaßquadranten badet hat einen Schlitzwinkel der größer als 10° ist und der mindestens 10° kleiner als der Schlitzwinkel in dem zweiten Bodenteil ist

F i g. 5 zeigt eine bevorzugte Ausbildung der Schlitz-Öffnungen und der senkrechten öffnungen der Böden Die flache Grundfläche HO ist mit einer Anzahl voi öffnungen 113 versehen, die feste Größe besitzen senkrecht zu der Grundfläche verlauten und durch dei Boden 115 hindurchreichea Der Boden bildet fernei eine Reihe von hochstehenden Teilen, die von de flachen Grundfläche 110 ausgehen und deren Oberseite 112 gegen die flache Grundfläche 110 geneigt und mi dieser einteilig verbunden ist Die Seitenwinde 111 de hochstehenden Teile sind ebenfalls gegen die Grundflä ehe 110 geneigt und mit dieser einteilig verbunden. Di

Vorderkanten ϊ 12a bzw. ilia der Oberseite 112 und der Schrägen Seitenwinde 111 liegen Ober der Grundfläche ilO. Die unmittelbar unterhalb der Vorderkante 112a liegende Grundfläche und die Vorderkanten lila der Seitenwände 111 biLien eise Schlitzöffnung 114, deren s Öffnungsebene je nach der Art, in der die hochstehenden TeOe ausgebildet sind, senkrecht zu der Grundfläche UO stehen oder mit Bezug auf diese leicht geneigt ist

Im Betrieb tritt Dampf oder Gas nur durch die öffnungen 113 und 114 hicdurch. Der Teil des Dampfes, der die öffnungen 113 senkrecht zu der Grundfläche 110 des Bodens durchläuft, strömt durch die auf dem Boden stehende Flüssigkeit hindurch und bildet dabei Blasen, wobei es zu einem innigen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf kommt Der durch die Schlitzöffnung 114 hindurchtretende Dampf trifft auf die Unterseite der oberen Schlitzfläche 112 auf und wird schräg in die Flüssigkeit hineingeleitet Auf diese Weise wirkt die Unterseite als Leitfläche für den Gasstrom. Die Schlitzöffnung 114 bildet eine Düse, die den Druckabfall in kinetische Energie umsetzt Die kinetische Energie oder der Dampfschub, der diesem Teil des Dampfes zugeordnet ist, ist in einem Winkel zur Grundfläche UO des Bodens gerichtet Der geneigte Kraftvektor kann in eine waagrechte und eine lotrechte Komponente zerlegt werden. Die waagrechte Komponente ist in die Flüssigkeit hinein gerichtet und wird von dieser absorbiert so daß die Flüssigkeit veranlaßt wird, sich in Richtung des Pfeils 124 zu bewegen.

Die Größe der senkrechten öffnungen 113 und der Schlitzöffnungen 114 hängt von den Strömungserfordernissen des jeweiligen Flüssigkeit-Gas-Systems ab. Für die Luftzerlegung eignen sich beispielsweise Lochdurchmesser von 038 bis 3,17 mm; für andere Gas-Flüssigkeits-Systeme können größere Durchmesser bis ungefähr 63 mm günstiger sein. Die senkrechten öffnungen lassen sich am zweckmäßigsten in der Weise ausbilden, daß Löcher in Metallblech eingestanzt werden. Aus mechanischen Gründen kann das Blech nicht dicker als der Durchmesser der Stanzlöcher sein, öffnungen mit einem Durchmesser von unter 038 mm erfordern infolgedessen die Verwendung eines Boden-Merkstoffes, der zu dünn ist um die Flüssigkeitsschicht zu tragen. Bei Lochdurchmessern unter 038 mm wird ferner der Druckabfall am Boden übermäßig groß, so daß die Leistungsverluste ansteigen. Haben die senkrechten öffnungen andererseits einen über.näßig großen Durchmesser, reichen normale Darnpfbelastungen nicht mehr aus, um den Boden am Durchregnen zu so hindern. Die öffnungen 113 brauchen keinen kreisförmigen Querschnitt zu besitzen, doch ist diese Ausbildung aus Fertigungsgründen und im Hinblick auf einen minimalen Druckabfall zu bevorzugen.

In vielen Fällen brauchen nur 10 bis 20% der Gesamtöffnungsflache des Bodens in Form von Schlitzen vorgesehen zu werden. Da die Gesamtöffnungsflache für gewöhnlich einen kleinen Bruchteil (z. B. 10%) der Gesamtfläche des Bodens ausmacht reicht eine Gesamtschlitzfläche in der Größenordnung von 1 bis 2% der Bodenfläche oft aus, um den hyd-ostatischen Gradienten zu neutralisieren. Vorzugsweise werden die Schlitze und die senkrechten öffnungen so bemessen, daß ein nasser Druckverlust des Bodens (A A₁^ zwischen 1,26 und 12,6 mm Kolonnenflüssigkeit erhalten wird. Unter »nassem Druckverlust des Bodens« wird der Widerstand verstanden, der der Dampfströmung, ausschließlich des hydrostatischen Druckes, durch die Schlitze oder senkrechten öffnungen infolge dei Oberflächenspannung der Flüssigkeit bei einsetzende) Blasenbildung entgegengesetzt wird. Für beste Ergebnisse sollte der Wert Ah_w für die Schlitzöffnungen etwa: kleiner als für die senkrechten öffnungen sein, und zwai vorzugsweise zwischen 70 und 100% des Ah^rWeriei für die senkrechten öffnungen liegen.

Die Böden werden vorzugsweise in der Weise gefertigt daß in einem Blech in gleichmäßige! Verteilung über dessen Ober- und Unterseite zunächst gleichförmig bemessene kreisförmige Perforationen ausgestanzt werden. Sodann wird das perforierte Blech in Abschnitte von gewünschter Form und Größe geschnitten. Einzelne rechteckige Teile der perforierten Abschnitte werden dann verformt indem auf eine Seite der Abschnitte eine Kraft ausgeübt wird, die aus der Grundfläche der gegenüberliegenden Seite Teile herausdrückt Jedes dieser hochstehenden Teile ist von der flachen Grundfläche umgeben und besitzt eine höherliegende Oberseite, die gegen die Grundfläche geneigt ist Von jedem der hochstehenden Teile wird dann eine Vorderkante abgeschert wobei eine langgestreckte Schlitzöffnung von größerer Breite als Höhe ausgebildet wird. D.e Abschnitte werden dann zu dem fertigen Boden zusammengesetzt wobei die Außenränder benachbarter Abschnitte quer zu den Strömungswegen der Flüssigkeit auf den gegenüberliegenden Seiten des Mittelwehrs angeordnet werdea Schließlich werden die Abschnitte mechanisch miteinander verbundea

Es wurde ein rechnerischer Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Boden und einem mit geradeaus gerichteten und gleichförmig verteilten Schlitzen ausgestatteten bekannten Boden (US-PS 34 17 975 und 32 82 576) für einen typischen Boden einer Äthylbenzol-Styrol-Trennkolonne mit 72 Böden durchgeführt Für den Vergleich wurde der Boden Nr. 59 gewählt der 8 Böden über der Einlaßstelle und 13 Böden unter der Oberseite der Kolonne liegt

Die Kolonne hat einen Durchmesser von 8,9 m; bei den Böden handelt es sich um Parallelstromböden. Die Länge des Strömungsweges der Flüssigkeit über den Boden beträgt von der geneigten Oberfläche des Blasenbildners bis zum Auslaß 6,1 m; die aktive Fläche des Bodens ist 50,4 m² groß. Der Blasenbildner ist 31,6 mm hoch und hat eine Neigung von 10°; 12% Öffnungsfläche sind in Form von öffnungen mit 4,75 mm Durchmesser vorgesehen, die senkrecht zur Oberfläche des Bodens verlaufen. Es ist kein Auslaßwehr vorhanden. Der Ablaufschacht ist abgestuft; auf seiner untersten Ebene befindet sich eine Leitwand anstelle eines Vorwehrs.

Auf dem Boden 59 beträgt der Druck ungefähr 72,4 mm Hg; es herrscht eine Temperatur von 71°C. Die Durchflußmenge der Flüssigkeit beträgt 0,075 mVs, was zu einer Einlaßbelastung des Blasenbildners je Längeneinheit (Qdb) won 0,0115 mVs m führt Die Dampfbelastung beträgt 21OmVs, was bezogen auf die aktive Fläche des Bodens eine Geschwindigkeit von 4,13 m/s zur Folge hat Der Boden besteht aus 2,66 mm dickem Blech, das mit Löchern von 4,75 mm Durchmesser gleichförmig versehen ist was eine Gesamtfläche der senkrechten öffnungen ergibt die 15,07% der Einheitsfläche der aktiven Oberfläche ausmacht Einige der öffnungen des Bodens sind durch die unter dem Boden befindliche Tragkonstruktion versperrt, so daß die mittlere freie Öffnungsfläche für die gesamte aktive Zone 12,84% beträgt Jede der Schlitzöffnungen hat eine Höhe von 2,13 mm, eine Basisbreite von 15,7 mm

§nd eine Fläche von 25 mm². Der Schlitz wird von dem Nlecbmaterial des Bodens gebildet, das nach oben in Sehtting auf die öffnung über eine Basislänge von 4,4 mm, gemessen senkrecht zur Ebene der öffnung M entlang der flachen Oberfläche des Bodens, geneigt

Ergebnisse dieses Vergleichs sind in Fig.6 anschaulicht, in der der hydrostatische Druck oijh/ ί Mediums auf dem Boden (als Ordinate) über der tfernung vom Einlaß entlang dem Strömungsweg der jssigkeit (als Abszisse) aufgetragen ist, wobei <x_T nensionslos ist und den volumetrischen Anteil der 'gkeit im Schaum darstellt, während Λ,(in cm) die

des Schaums ist Die Kurve A gilt für den

kannten Boden mit geradeaus gerichteten, gleichförverteilten Schlitzen (US-PS 3417 975 und

Tabelle 1

32 82 576), der über die gesamte aktive Bodenfläche mit 0,0393 Schlitzen je cm² (λ=0,062) versehen ist Diese Schlitzdichte «ntspricht dem Wert, der erforderlich ist, um auf die Flüssigkeit in Richtung des Ablaufschachtes einen waagrechten Dampfschub auszuüben, der gerade ausreicht, um den auf die Flüssigkeitsströmung wirkenden Reibungswiderstand auszugleichen.

Die Kurve b gilt für den gleichen Boden, jedoch bei Anwendung der ungleichförmigen Schlitzdichte. Die Schlitzverteilung stellt eine Kombination der Schlitzverteilungen gemäß den F i g. 3 und 4 dar. Die Date» der verschiedenen querverlaufenden Abschnitte, die den 605 cm langen Strömungsweg bilden, sind in Tabelle I beginnend mit dem an den Blasenbildner angrenzenden Abschnitt 1 zusammengestellt

Abschn.	λ	Breite	% des Strömungs	Schlitzdichte,	Verhältnis der Schlitz
			weges	offene Schlitze/cm2	dichte zur Schlitzd. f.
		cm	2.5		Kurve A
			4,6
1	0	15,2	43,0	0	0
2	0,03	27,9	30,0	0,0201	0,51
3	0,062	260	15,0	0,0393	1,00
4	0,068	182	0,044	1,12
5	0,093	91	0,0605	1,54

Die Kurve A läßt erkennen, warum die gleichförmige Verteilung der den Schlitzwinkel 0 aufweisenden Schlitze des bekannten Bodens hydraulische Probleme mit sich bringt. Der Mittelwert von oi-jhi für den gesamten Strömungsweg ergibt sich rechnerisch zu 24,5 mm Bodenflüssigkeit; die mittlere Abweichung von diesem Bezugswert beträgt entlang des Strömungsweges 17%. Die nach unten größte Abweichung von dem Bezugswert in der Nähe des Auslasses liegt bei 36%. Der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Kleinstwert von onhr beträgt 13,4 mm Bodenflüssigkeit oder 55% des Bezugswertes.

Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve Beine wesentlich geringere Abweichung. Der Mittelwert von arAfbeträgt für den gesamten Strömungsweg 23,5 mm; die mittlere Abweichung von diesem Bezugswert liegt bei 11%. Die größte Abweichung von diesem Bezugswert nach unten im Einlaßbereich beträgt 13%, während die größte Abweichung von dem Bezugswert nach oben in der Nähe des Auslasses 23% beträgt. Der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Kleinstwert von Mjhf beträgt 8,3 mm Bodenflüssigkeit oder 35% des Bezugswertes.

Aus der Form der Kurve B folgt, daß der hydrostatische Druck auf dem Boden noch immer nicht gleichförmig ist. Eine weitere Anpassung der Schlitzdichten auf den querverlaufenden Abschnitten würde eine weitere Verbesserung ergeben, d. h. die Schlitzdichten der im mittleren Bereich liegenden Abschnitte könnten zusätzlich verringert werden, während die Schlitzdichten der Abschnitte in der Nähe des Auslasses itärker erhöht werden könnten.

Die Kurve C läßt die Verbesserung der Flüssigkeitsyerteilung erkennen, die dadurch erhalten wird, daß der Schhtawinkel im Auslaßquadranten des Bodens in der vorstehend beschriebenen Weise, jedoch bei gleichförmiger Schlitzdichte, variiert wird. Die Schlitzvektorwinkel und die Verteilung der schräggestellten Schlitze entSDrechen der Anordnung nach F i g. 4.

Dabei enthält ein 102 cm breiter Abschnitt im Bereich des Kolonnendurchmessers Schlitze mit der Vektordrehung Null; dieser Abschnitt erstreckt sich in Längsrichtung über den gesamten Strömungsweg der Flüssigkeit Der Bodenabschnitt 35 besitzt Schlitze mit einer Vektordrehung von 40°. Der stromaufwärts des Abschnittes 35 liegende Bodenabschnitt 34 und der Bodenabschnitt 33 am Flüssigkeitsauslaß haben Vektordrehungen von 25°, während der stromaufwärts des Abschnittes 33 liegende, an den Abschnitt 31 angrenzende Bodenabschnitt 32 eine Vektordrehung von 12,5° besitzt

Ein Vergleich der Kurven A, B und C erweckt den Anschein, als sei die durch Schrägstellen der Schlitze erzielte Verbesserung nicht sehr ausgeprägt. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die in F i g. 6 aufgetragenen Profile den hydrostatischen Druck entlang der mittleren Stromlinie der aktiven Zone darstellen, wobei unter mittlerer Stromlinie diejenige Stromlinie verstanden wird, die alle Querabmessungen zwischen dem Kolonnendurchmesser und der Kolonnenwand einschließlich der Länge des Blasenbildners und der Auslaßkante halbiert, über die die Flüssigkeit herunterfällt. Das hydrostatische Profil gemäß Kurve A entlang der mittleren Stromlinie stellt nicht den Zustand schlechtester Verteilung auf dem gleichförmig geschlitzten Boden dar, weil es nicht durch den Eckabschnitt am Schnittpunkt des Ablaufschachtes mit der Kolonnenwand hindurchläuft. Auch die Kurve C zeigt nicht den maximalen durch Schrägstellen der Schlitze erhaltenen Korrektureffekt, weil die mittlere Stromlinie nicht durch den Abschnitt mit maximaler Schlitzdrehung hindurchläuft. Für eine näher an der Kolonnenwand liegende Stromlinie wurden sich die Kurven A und C erheblich stärker unterscheiden.

Die Kurve D zeigt das Betriebsverhalten bei schräggestellten, ungleichmäßig verteilten Schlitzen. Der Boden nach Kurve D stellt eine Kombination der F i g. 2 und 4 dar; die Schlitze sind wie dort

veranschaulicht gedreht und Vierteilt und haben die dort angegebene Dichte, Die Kombination führt zu dem besten Betriebsverhalten für alle untersuchten Anordnungen. Die Verbesserung gemäß Kurve D gegenüber Kurve B ist qualitativ und quantitativ ähnlich der Verbesserung gemäß Kurve Cgegenüber Kurve A Bei dem Boden nach Kurve D besteht bezüglich Einlaß und Auslaß ein nahezu vollkommenes Gleichgewicht Bei den Böden nach den Kurven B und D führt die Einebnung und Verringerung der Flüssigkeitsbelastung über dem Auslaß zu einer Reaktivierung dieser Zone und zur Übernahme des richtigen Anteils des Dampfstromes durch diese Zone. Dadurch wird die Dampfströmung in der Einlaßzone verringert und eine Fluidisierung am Einlaß vermieden. (S

Tabelle II

Die mit der beschriebenen Ausbildung erzielbaren Verbesserungen wurden bei voll ausgebauten Kolonnen nachgewiesen, die für die Äthylbenzoi-.Styrol-Trennung bei Unterdruck verwendet wurden. Alle drei Kolonnen waren mit geschlitzten Siebboden gemäß F i g. 5 sowie mit dem Blasenbildner nach F i g. 2 versehen.

Bei der Kolonne 1 wurden Schlitze mit dem Schlitzvektor 0° und gleichförmiger Dichte benutzt; die Kolonne 2 besaß Schlitze mit dem Schlitzvektor 0° und variabler Dichte; die Kolonne 3 war oberhalb der Flüssigkeitseinlaßstelle mit schräggestellten Schlitzen unterschiedlicher Dichte sowie unterhalb der Flüssigkeitseinlaßstelle mit Schlitzen mit dem Schlitzvektor 0° und gleichförmiger Dichte versehen. Tabelle II zeigt die Betriebsdaten der drei Kolonnen.

Kolonne Nr. 1

Kolonnendur -;hmesser (cm) . Einsatzmenge (kg/h) Dampfdurchflußmenge am Kopf (kg/h) L/D-Verhältnis Böden insgesamt Böden über Einlaßstelle Böden unter Einlaßstelle Schlitze über Einlaßstelle Schlitze unter Einlaßstelle

¹St. = Schlitze mit Schlitzvektor von 0°.

²Un. = gleichförmige Schlitzdichte.

³Var. = unterschiedliche Schlitzdichte.

⁴Ang. = schräggestellte Schlitze.

Tabelle II (Fortsetzung)

895	930	895
42 400	38100	57 800
260 000	174 000	270 000
13,25	7,1	9,23
72	70	72
21	24	21
51	46	51
St.'/Un.2	St/Var.3	Ang.VVar
St./Un.	St/Var.	St/Un.

	Kolonne Nr.	berech.	2	berech.	3	berech.
	1		beob.		beob.
	beob.	60,6		63,1		68,2
Theoret. Böden		14,6	62,0	20,0	52,5	20,0
insgesamt	43,5	46,0	17,5	43,1	17,5	48,2
über Einlaßstelle	8,5		43,0		35,0
unter Einlaßstelle	35,0	84,2		90,1		94,7
Wirkungsgrad der Kolonne, %		69,5	88,6	83,3	73,0	95,2
insgesamt	60,5	90,1	73,0	93,7	83,5	94,5
über Einlaßstelle	40,5		94,0		69,0
unter Einlaßstelle	69,0
Beob. Wirkungsgrad/berech.		0,72		0,98		0,77
Wirkungsgrad		0,58		0,88		0,88
insgesamt		0,76		1,00		0,73
über Einlaßstelle
unter Einlaßstelle

Die Wirkungsgraddaten der Tabelle II sind nicht genau vergleichbar, weil die Belastung pro Einheitsfläche der Böden nicht gleich war und weil auch Unterschiede bezüglich des Verhältnisses von Flüssigkeitsbelastung und Dampfbelastung bestanden. Der von den Ergebnissen für die Kolonnen 2 und 3 bestimmte Bereich (der kennzeichnend für die Böden nach der Erfindung ist) erlaubt jedoch eine Gegenüberstellung mit den Daten der Kolonne 1, die charakteristisch für bekannte Böden (US-PS 34 17 975 und 32 82 576) sind. Faktoren, die sich unmittelbar miteinander vergleichen lassen, sind die Verhältnisse zwischen den beobachteten und den berechneten Werten für die theoretische Bodenanzahl und den Bodenwirkungsgrad. Diese Verhältnisse lassen erkennen, daß der vorliegend beschriebene geschlitzte Siebboden für Kolonnen mit sehr großem Durchmesser wesentlich wirkungsvoller ist.

Die Kolonne 1 enthalt durchgehend Böden mit dem Vektorwinkel 0 und mit gleichförmiger Schlitzverteilung. In ähnlicher Weise ist die Kolonne 2 durchweg mit Böden versehen, die den Vektorwinkel 0 und variable Schlitzdichte aufweisen. Das Betriebsverhalten der Böden oberhalb und unterhalb der Einlaßstelle dieser beiden Kolonnen erlaubt es infolgedessen, diese beiden Schlitzverteilungen miteinander zu vergleichen. Bei der

Kolonne 3 sind Böden mit dem Vektorwinkel 0 und mit gleichförmiger Schlitzdichte unterhalb der Einlaßstelle vorhanden, während über der Einlaßstelle Böden mit schräggestellten Schlitzen und sich ändernder Schlitzdichte vorgesehen sind. Dieser Unterschied in der Schlitzverteüung muß berücksichtigt werden, wenn die beiden Bodengruppen mit entsprechenden Bodengruppen in den anderen Kolonnen verglichen werden.

Vergleicht man zunächst den Wirkungsgrad der Kolonnen 1 und 2, so ist sofort zu erkennen, daß eine sich ändernde Schlitzdichte, wie sie in Kolonne 2 vorgesehen ist, wesentliche Vorteile bietet Es wird eine Verbesserung des beobachteten Wirkungsgrades von 25% unterhalb der EinlaßsteSle, von 33% oberhalb der Einlaßstelle und von insgesamt 28,1% erzielt Hinzu kommt, daß bei den bekannten Böden der Kolonne 1 der Wirkungsgrad der Kolonne nur mit geringer Genauigkeit vorausbestimmbar ist während bei den Böden mit sich ändernder Schlitzdichte der Kolonne 2 eine ausgezeichnete Genauigkeit hinsichtlich der Vorhersage des Wirkungsgrades gegeben ist. Entsprechend eindrucksvoll ist ein Vergleich der theoretischen Bodenanzahl für die beiden Kolonnen. Die größere Anzahl der theoretischen Böden bei der Kolonne 2 bedeutet daß in der Praxis erheblich weniger Böden mit sich ändernder Schlitzdichte erforderlich sind, um Produkte vorgegebener Reinheit zu erhalten.

Was die Kolonne 3 anbelangt, so ist zu erkennen, dab der Abschnitt unterhalb der Einlaßstelle den gleichen beobachteten Wirkungsgrad und die gleiche Anzahl theoretischer Böden besitzt wie der entsprechende Abschnitt der Kolonne 1, was auch zu erwarten ist da die Böden beide mit Schlitzen mit dem Vektorwinkel 0° und gleichförmiger Schlitzdichte versehen sind. Dagegen besitzt der obere Abschnitt, der Böden mit schräggestellten Schlitzen und sich ändernder Schlitzdichte enthält, einen wesentlich höheren beobachteten Wirkungsgrad als die entsprechenden Abschnitte der beiden anderen Kolonnen (10,5% höher als Kolonne 2). Dieser Wirkungsgrad konnte mit der gleichen Genauigkeit vorausgesagt werden, wie bei dem entsprechenden Abschnitt der Kolonne 2. Obwohl die beobachteten Anzahlen der theoretischen Böden in den oberen Abschnitten der Kolonnen 2 und 3 die gleichen sind (17,5), ist zu berücksichtigen, daß diese theoretischen Böden mit nur 21 tatsächlich vorhandenen Böden in der Kolonne 3 erhalten wurden, während die Kolonne 2 24 Böden besaß. Daraus folgt daß durch die Kombination von schräggestellten Schlitzen und sich ändernder Schlitzdichte eine weitere wesentliche Verbesserung des Betriebsverhaltens bei Böden mit sehr großem Durchmesser erhalten wird.

Die Vorteile des beschriebenen Siebbodens wurden in einer Versuchskolonne auch qualitativ nachgewiesen, bei der Luft als nach oben strömendes Gas und Wasser als nach unten fließende Flüssigkeit benutzt wurdea Die Kolonne hatte einen Durchmesser von 244 cm. Bei den Böden handelte es sich um Parallelstromböden, von denen für die Versuche nur die eine Seite benutzt wurde.

ίο Bei sämtlichen Böden handelte es sich um geschlitzte Siebböden. Einige waren mit gleichförmig verteilten Schlitzen versehen, während sich bei anderen die Schlitzdichte änderte. Alle Böden hatten einen Schlitzwinkel von 0°. Dei freie Fläche der senkrechten Öffnungen betrug 10% der freien Gesamtfläche und wurde von Löchern mit 4,75 mm Durchmesser gebildet die senkrecht zur Bodenoberfläche verliefen. Die Schlitzöffnungen hatten eine Höhe von 2,12 mm, eine Basisbreite von 13,8 mm und eine Fläche von 25 mm². In der Seitenwand der Kolonne waren Fenster vorgesehen, um das Betriebsverhalten jedes Bodens beobachten zu können.

Die eine sich ändernde Schlitzdichte aufweisenden Böden der obigen Testkolonne hatten drei querverlaufende Abschnitte. Der stromaufwärts unmittelbar unter dem Blasenbildner liegende Abschnitt war 15,2 cm breit und hatte einen λ-Wert von Null (keine Schlitze). Der mittlere Abschnitt war 91 cm breit und hatte einen λ-Wert von 0,048. Der stromabwärts liegende Abschnitt war 35,5 cm breit und besaß einen λ-Wert von 0,077. Die Kolonne wurde mit Flüssigkeitsdurchflußmengen (QUb) zwischen 0,007 und 0,014 m³ Wasser/s m Einlaßwehr betrieben. Die Luftdurchflußmenge betrug zwischen 0,0605 und 0,106 m/s, berechnet nach der Formel

F=

P_ ρ L ^rV

wobei
Vs

Dampfgeschwindigkeit, bezogen auf die aktive Oberflächenzone des Bodens (m/s),

Pv = Dampfdichte (kg/m³),

Pl = Flüssigkeitsdichte (kg/m³).

Die Böden mit konstanter Schlitzdichte verhielter sich in der in Fig. 1 veranschaulichten Weise, währenc bei den Böden mit sich ändernder Schlitzdichte untei den gleichen Betriebsbedingungen eine über die gesamte Bodenfläche gleichmäßige Blasenaktivität zi beobachten war.

liier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 21 12 30Γ

   Patentansprüche:

   1, Geschlitzter Siebboden zum Inkontaktbringen §ines hochsteigenden Dampfes und einer von einem Flüssigkeitseinlaß zu einem Flüssigkeitsauslaß fiber den Boden strömenden Flüssigkeit, der aus mehreren flachen, mit ihren Rändern quer zur Flüssigkeitsbahn aneinanderstoßenden Abschnitten besteht, die mit einer Mehrzahl von gleichmäßig verteilten, durchgehenden Gasdurchtrittsöffnungen von fester Größe, deren Wände senkrecht zu den Grundflächen der Abschnitte verlaufen, sowie mit mehreren langgestreckten Schlitzöffnungen von größerer Breite als Höbe versehen sind, die durch die Vorderkanten von einteilig mit der flachen Grundfläche der Abschnitte verbundenen und von der Grundfläche schräg nach oben verlaufenden Seitenwänden und durch die flache Grundfläche begrenzt sind, wobei die SchJitzöffnungen, bezogen auf die Flüssigkeitsströmung, stromabwärts gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß von benachbarten Abschnitten (25, 26, 27) der stromaufwärts liegende Abschnitt jeweils weniger Schlitzöffnungen (114) als der stromabwärts liegende Abschnitt besitzt und daß die mittlere Anzahl der Schlitzöffnungen stromaufwärts und stromabwärts der Quermittellinie (c-c)des Bodens (1,2,115) derart gewählt ist daß A2/A1 größer als 1 und kleiner als 5 ist wobei A durch die Gleichung

   b) der Schlitzwinkel einzelner Schlitzöffnungen in der Längsrichtung des Strömungsweges der Flüssigkeit gegen den Flüssigksitsauslaß hin zunimmt und

   c) der Schlitzwinkel einzelner Schlitzöffnungen unmittelbar benachbart dem Flüssigkeitsauslaß und dem Außenrand der aktiven Bodenfläche an der Schnittstelle mit dem Flüssigkeitsauslaß um höchstens 20° von dem Winkel abweicht, den eine Tangente an der Schnittstelle mit der diametralen Stromlinie bildet, wobei dieser Winkel den maximalen Schlitzwinkel des Bodens darstellt,