DE2115083A1 - Vorrichtung zur innigen Kontaktierung von fluiden Medien unterschiedlicher Dichte - Google Patents

Vorrichtung zur innigen Kontaktierung von fluiden Medien unterschiedlicher Dichte

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DE2115083A1 DE19712115083 DE2115083A DE2115083A1 DE 2115083 A1 DE2115083 A1 DE 2115083A1 DE 19712115083 DE19712115083 DE 19712115083 DE 2115083 A DE2115083 A DE 2115083A DE 2115083 A1 DE2115083 A1 DE 2115083A1
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Albrecht Dr. χ 9200 Freiberg; Hoppe Klaus Dr. χ 3010 Magdeburg; Kunze Robert χ 7042 Neunhof; Krüger Gerhard χ 3010 Magdeburg; Jung Wolfgang χ 7021 Leipzig; Sattler Dieter χ 7241 Ammeishain; Wittkopf Manfred χ 1330 Schwedt Bahr
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PETROLCHEMISCHES KOM SCHWELDT
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Description

Anmelder:
Schwedt, den 2. 11. 70
eingegangen am. ±t:J±x4>
VEB Petrolchemieehes Kombinat Schwedt
Vorrichtung zur innigen Kontaktierung von fluiden Medien unterschiedlicher Dichte
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur innigen Kontaktierung von fluiden Medien unterschiedlicher Dichte, insbesondere zUr Extraktion flüssiger Bestandteile z.B. aus Mineralölen oder tierischen ölen und Fetten oder zur Kontaktierung der Medien Gas und flüssigkeit.
Es ist bekannt, daß man die Kontaktierung von verschiedenen fluiden Medien unterschiedlicher Dichte verbessert, indem man einerseits die Kontakt- bzw. Phasengrenzfläche und andererseits die Turbulenz durch Zufuhr von mechanischer Energie erhöht. Die Zufuhr der mechanischen Energie kann durch Einleitung von Impulsen oder durch den Einsatz einer rotierenden Welle mit Schleuder- oder Drehscheiben erfolgen.
Es ist bereits bekannt, die Kontaktierung in einem senkrechten, zylindrischen Bohr (Gehäuse), dessen innere Rohrwand mit horizontalen Eingen (Statorringen) versehen ist, durchzuführen, wobei sich in diesem Gehäuse eine Welle mit einer Anzahl horizontaler Scheiben, die die Plüssigkeitskomponenten nach außen verschleudern, dreht·
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Es ist hierbei bekannt, daß der Abstand der Scheiben zum Durchmesser des Gehäuses einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf, da sonst die Ausbildung der Strömung zwischen den Scheiben und Statorringen instabil wird. Dies hat zur Folge, daß insbesondere bei größeren Durchmessern der Vorrichtung die Abstände der Scheiben so groß werden, daß für eine bestimmte Anzahl von Kontaktierungsstufen eine beträchtliche Höhe des Apparates erforderlich ist , so daß der Nutzeffekt dieser Vorrichtung in Präge gestellt ist.
Es wurde weiterhin bekannt, die horizontalen Drehscheiben . als gelochte Scheiben auszuführen, wobei die Löcher ' konzentrisch um die Welle der Vorrichtung geordnet sind. Gegenüber der konventionellen eben beschriebenen Vorrichtung konnten Verbesserungen der Wirksamkeit von 20 - 30 % erreicht werden, da eine intensivere Kontaktierung durch höhere Turbulenz und größere Grenzflächen gewährleistet w ird.
Durch den Einsatz von gelochten Drescheiben läßt sich zwar die Wirksamkeit der Vorrichtung durch eine Aufteilung der Ströme der fluiden Medien bei Schaffung von großen Austauschflächen und verstärkter Turbulenz erhöhen, doch bildet sich insbesondere bei niedrigen Umfangsgeschwindig- h keiten in Höhe des Lochkreisdurchmessers, d. h. niedrigen Drehzahlen des Rotors eine unkontrollierte StrömungsfUhrung aus, d. h. die leichte Phase strömt von der Unterseite der Drehscheibe durch die Bohrungen nach oben, wohingegen die schwere Flüssigkeit durch die Bohrungen senkrecht nach unten wandert, so daß die Wirksamkeit nicht gewährleistet ist·
Bei höherer Umfangsgeschwindigkeit bzw. Drehzahlen fällt auf der anderen Seite die Wirkung der Bohrungen völlig aus,
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da infolge der Trägheit der fluiden Medien keine Strömung durch die Öffnungen stattfindet. Damit ist ebenfalls ein starker Abfall der Wirksamkeit verbunden. Weiterhin müssen die Bohrungen einen gewissen Mindestdurchmesser aufweisen, damit überhaupt eine Verbesserung der Wirksamkeit erzielt werden kann. Bedingt durch die Größe der öffnungen läßt sich die dispergierte Phase nicht feinverteilt in die kontinuierliche Phase einleiten und schließlich wird durch die Anordnung der Bohrungen in einem konzentrischen Kreis um die fiotorachse keine gleichmäßige Aufteilung der dispersen Phase über dem Drehscheibenquerschnitt erreicht.
Insbesondere bei der Kontaktierung der Phasen Gas-Pllissigkeit in Kolonnen mit festen, verschiedenartigen Einbauten wird die Turbulenz bei Dispergierung einer Phase mit Hilfe der unterschiedlichen Dichten beider Phasen erreicht. Dabei ist auch bekannt, daß durch den Einsatz von Rührern die Turbulenz bei der Kontaktierung der fluiden Medien verstärkt wird.
Insbesondere bei geringen Verhältnissen von Gas-Flüssigkeitsmengen tritt bei Kolonnen mit festen Einbauten eine ungleichmäßige Verteilung der dispergierten Phase auf, so daß die Kontaktierung und damit die Wirksamkeit negativ beeinflußt werden. Der Einsatz von Rührern zur Erhöhung der Turbulenz bringt auf der anderen Seite Eückvermischungserscheinungen mit sich, die einer gezielten St rb'mungs führung entgegen stehen.
Der Zweck der Erfindung besteht'darin, den Stoff-, Wärme- und Impulsaustausch bei der Kontaktierung von fluiden Medien unterschiedlicher Dichte zielgerichtet zu intensivieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,.eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei der Zufuhr von mechanischer Energie durch eine rotierende Welle mit Drehscheiben besetzt auch bei größerem Durchmesser der Vorrichtung eine gezielte Strömungsführung bei intensiveren Stoff-, Wärme- und Impulsaustausch unter weitgehender Ausschaltung von Rückvermischungserscheinungen erreicht wird, so daß sowohl eine hohe Wirksamkeit bei der Kontaktierung als auch ein maximales Durchsatζvermögen der Vorrichtung garantiert werden können.
Das geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß in einem zylindrischen, stehenden Gehäuse mit zahlreichen im ) bestimmten Winkel zur Gehäuseachse angeordneten Statorringen eine Welle rotiert, die mit zahlreichen Drehscheiben bestückt ist, wobei die Statorringe und die Drehscheiben aus formperforiertem Blech, das mit riehtungsorientierten Durchtrittsöffnungen versehen ist, bestehen.
Die Anordnung der Durehtrittsöffnungen im Blech wird so gewählt, daß die Durchtrittsöffnungen der Drehscheiben in Drehrichtung der Drehscheiben zeigen und die Durchtrittsöffnungen der Statorringe entgegen der Drehrichtung der Drehscheiben zeigen.
Als formperforiertes Blech mit richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen läßt sich Streckmetall einsetzen. w Die richtungsorientierten Durehtrittsöffnungen der Drehscheiben und Statorringe können sich wahlweise entweder auf den Oberseiten oder auf den Unterseiten des eingebauten Bleches befinden.
Zur Verbesserung der Wirkungsweise läßt sich an dem Rand der Drehscheiben ein im bestimmten Winkel zur Drehscheibenebene stehenden Käfig aus formperforiertem Blech mit richtungsorientierten Durehtrittsöffnungen anbringen, wobei die Öffnungen in die Drehrichtung der Drehscheibe zeigen und sich auf der Rotorachse zugewandten Seite des Käfigs befinden.
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Weiterhin wird vorgesehen, daß Leitkanäle entweder von der Unterseite der Statorringe zur Mitte des Gehäuses in die Nähe der Unterseite der darüber befindlichen Drehseheibe oder von der Oberseite der Statorringe zur Mitte des Gehäuses und in die Mhe der Oberseite der darunter befindlichen Drehscheibe geführt werden.
Schließlich läßt sich um die Rotorwelle in Höhe der Statorringe ein ding mit Leitschaufeln versehen anbringen, durch die die Führung der Flüssigkeit in die Mitte der Vorrichtung verbessert wird. Die Leitschaufelöffnungen zeigen in Eichtung (Drehrichtung) der Rotorwelle. Die technische Auswirkung der Erfindung besteht darin, daß mit Hilfe der Leitvorrichtung sowohl der Drehscheibe als auch der Statorringe, die durch die richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen gebildet werden, eine weitgehende Ausnutzung des Staudruckes erfolgt, so daß die dispergierte Fluidphase feinverteilt wird und eine Erhöhung der Turbulenz und der Austauschintensität verbunden mit einer kontrollierten Strömungsführung bei Verringerung der Rückverraischungserscheinungen erreicht werden· Das Ergebnis der innigen gezielten Kontaktierung stellt eine Erhöhung der Austauschwirkung und des Durchsatzes der Vorrichtung bei gleichen Abmessungen gegenüber herkömmlichen Apparaten dar. Des weiteren wird eine Verbesserung der Belastungs— und Drehzahlempfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung erzielt.
Die technische Auswirkung der Erfindung, insbesondere bei der Kontaktierung der Medien Gas-Flüssigkeit besteht darin, daß durch die laufende Auslenkung und Neuverteilung der dispersen Gasphase einerseits eine innige Kontaktierung und andererseits selbst bei geringen Gasmengen eine maximale Verweilzeit des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird. Dadurch lassen sich sehr gute Austauschergebnisse, insbesondere bei heterogenen Reaktionen zwischen Gas und Flüssigkeit erreichen, bei denen sich der chemische Gleichgewichtszustand im allgemeinen nur sehr langsam einstellt.
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Beispiele sind solche Prozesse wie: Kohlendioxidbindung und Fermentation.
Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. In der Zeichnung eines Teiles der Vorrichtung, die in diesem Fall mit Streckmetallstatorringen und Streckmetalldrehscheiben ausgeführt ist und zur Kontaktierung zweier flüssiger Medien unterschiedlicher Dichte dient, zeigt
die Figur 1 die Vorderansicht
die Figur 2 den Schnitt AA nach Figur 1 die Figur 3 die Einzelheit C nach Figur 2 sowie die Figur-4 die Einzelheit D der Figur 2 im Schnitt.
1. In der Vorrichtung bilden sich Flüssigkeitsströme der schweren Flüssigkeitskomponente, die in dem Oberteil der Vorrichtung eingeführt wird und nach unten wandert und der leichten Flüssigkeitskomponente, die in der Mitte der Vorrichtung oder bzw. und in den Unterteil der Vorrichtung aufgegeben wird und nach oben wandert, aus. Zur besseren Demonstration wurde der Flüssigkeitsstrom der schweren Komponente durch dünne ausgezogene Linien und der Flüssigkeitsstrom der leichten Phase durch gestrichelte Linien in die beiden Hälften der Figur 1 eingetragen.
In die Figur 2 wurden Pfeile eingezeichnet, die die Richtung der im Streckmetall vorhandenen Durchtrittsöffnungen 5 wiedergeben, wobei ein Schnitt in Pfeilrichtung Streckmetallquerschnitte ergibt, wie sie durch die Figuren 3 und 4 dargestellt sind.
Die Vorrichtung besteht aus dem Gehäuse 1 mit den Statorringen 2 und der Welle 3, die mit Drehscheiben ausgerüstet ist.
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Statorringe 2 und Drehscheiben sind aus Streckmetall ausgebildet, das derart angeordnet ist, wie es durch die Pfeile in dem Schnitt der Figur 2 im Zusammenhang mit der Darstellung der Einzelheit C und D im Bild 3 und 4 sowie der Darstellung der richtungsorientierten Öffnungen in Figur 1 angegeben ist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Die von unten nach oben wandernde leichte Flüssigkeitskomponente trifft auf die aus Streckmetall bestehende Drehscheibe 4 und wird teilweise durch die Leitwirkung der richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen, die sich auf der Unterseite der Drehscheibe 4 befinden, feinverteilt und mit großer Geschwindigkeit als disperse Phase in die über der Drehscheibe 4 befindliche kontinuierliche Fliissigkeitskomponente eingeleitet. Der andere Teil der leichten Komponente wird durch die Drehscheibe 4 nach außen geschleudert, dabei.in Kontakt mit der schweren Komponente gebracht und sammelt sich unter dem Statorring 2, Da sich die Flüssigkeit durch die Drehung der mit Scheiben besetzten Welle 3 in ständiger Rotationsbewegung befindet, wird die leichte Komponente auch hier durch den feststehenden aus Streckmetall gebildeten Statorring 2 durch die Leitwirkung der richtungsorientierten Durchtritts öffnungen 5 des Streckmetalls, die sich an der Unterseite des Statorringes 2 befinden, feinverteilt und mit großer Geschwindigkeit in die über dem Statorring vorhandene schwere Flüssigkeitskomponente eingeleitet. TSin verbleibender Teil der leichten Flüssigkeitskomponente gelangt schließlich infolge der Sogwirkung, die sich zwischen den Drehscheiben 4 ausbildet, in die Mitte des Apparates unter die darüber liegende Drehscheibe 4. Hier wird sie infolge der Zentrifugalkraft nach außen befördert und dabei von der schweren Komponente in feinverteilter Form durchströmt. Die schwere Komponente, die
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hier als disperse Phase ausgebildet ist, wird durch die Anordnung der richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen, die sich hier auf der Oberseite der Drehscheibe 4 befinden, durch die Leitwirkung der öffnungen 5 infolge des Staudruckes in die leichte Phase unter die Drehscheibe 4 befördert. Unter dem Statorring 2 sammelt sich die von der oberen Drehscheibe 4 nach außen gedruckte leichte Komponente und wird hier durch die Sogwirkung in die Mitte der Vorrichtung befördert. Dabei strömt wieder die schwere Komponente bedingt durch die Leitwirkung der richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen 5 des Streckmetalls, die sich auf. der Oberseite des Statorringes 2 befinden, in feinverteilter Form durch die unter dem Statorring 2 befindliche Schicht der leichten Komponente.
2. Ein anderes Beispiel der Kontaktierung zweier Flüssigkeiten wird als Teilausschnitt in der Zeichnung Figur 5 als Vorderansicht und
Figur 6 als Schnitt AA nach Figur 5 dargestallt.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung sollen im folgenden beschrieben werden.
Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, das mit im spitzen Winkel zur Gehäuseachse angebrachten, aus Streckmetall bestehenden Statorringen 2 ausgerüstet ist In dem Gehäuse 1 dreht sich die Welle 3 mit den darauf angebrachten Drehscheiben 4, die ebenfalls aus Streckmetall bestehen und deren Rand mit einem senkrecht oder im Winkel zur Scheibe angebrachten Streckmetallkäfig 6 begrenzt wird. Des weiteren sind Leitkanäle 7 für die leichte Flüssigkeitskomponente, die von den Statorringen 2 in die Mitte der Vorrichtung unter die darüberliegenden Drehscheiben 4 führen, in die Vorrichtung eingebaut. Ein Teil der leichten Phase gelangt unter die Drehscheibe 4 und wird hier durch die Leitwirkung der Richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen 5, die sich an der Unterseite der Drehscheibe be-
. finden, .feinverteilt in die schwere Phase, die sich
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als kontinuierliche Phase über der Drehscheibe 4 ausbildet, eingeführt. Der andere Teil der leichten Komponente wird durch die Drehscheibe 4 nach außen unter den Statorring 2 geschleudert und durch den am Außenrand der Drehscheibe 4 angebrachten Käfig 6 feinverteilt. Die sich unter dem Statorring 2 anstauende leichte Flüssigkeitskomponente wird wieder teilweise feinverteilt infolge der Eichtungsorientierung der Durchtrittsöffnungen 5, sie sich auf der Unterseite des Statorringes 2 befinden, in die über dem Statorring 2 befindliche schwere Flüssigkeitskomponente eingeleitet. Einen verbleibenden Teil der leichten Komponente leiten Leitkanäle 7 in die Mitte der Torrichtung unter die höher gelegene Drehscheibe 4, wo sich der eben beschriebene Torgang wiederholt. Wenn man die schwere Komponente als disperse Phase wählt, würde die gesamte Anordnung der Kanäle und Streckmetallteile entgegengesetzt ausgeführt werden.
3. Sin weiteres Beispiel für die Anwendung der Kontaktierung der Phasen Flüssigkeit-G-as wird anhand der Figuren 7-10 erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Figur 7 die Torderansicht
Figur 8 den Schnitt AA nach Figur 7 Figur 9 die Einzelheit B nach Figur 8 Figur 10 die Einzelheit C nach Figur 7 im Schnitt. In der Torrichtung bildet sich, wie bereits im 1. und 2. Beispiel beschrieben, eine Flüssigkeitsströmung als kontinuierliche Phase aus, die von oben nach unten strömt und durch ausgezogene linien angedeutet wird. In diese Flüssigkeit wird mittels der Streckmetallöffnungen 5 von Stator 2 und Drehscheiben 4, die von unten naoh oben aufsteigende Gasphase, gestrichelte Linie, durch den
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Staudruck, der bei der Drehung der mit Streckmetallscheiben 4 besetzten Welle 3 entsteht, feinverteilt eingeleitet·
Mit Hilfe der Leitschaufeln 8, die z. B. in einem
leitschaufelbefestigungsring 9 befestigt sind, wird der Flüssigkeitsstrom stärker in die Mitte der Vorrichtung gezogen, so daß sich die gezielte Kreuzgegenstromführung der Flüssigkeit verbessert·
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur innigen Kontaktierung von fluiden Medien unterschiedlicher Dichte, gekennzeichnet durch ein zylindrisches, stehendes Gehäuse (1) mit zahlreichen im bestimmten Winkel zur Gehäuseachse angeordneten Statorringen (2), in dem eine Welle (3) rotiert, die mit zahlreichen Drehscheiben (4) bestückt ist, wobei die Statorringe (2) und die Drehscheiben (4) aus formperforiertem Blech, das mit richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen (5) versehen ist, bestehen und die Anordnung der Durchtrittsöffnungen (5) im formperforierten Blech so gewählt ist, daß die Durchtrittsöffnungen (5) der Drehscheiben (4) in Drehrichtung der Drehscheiben (4) zeigen und die Durchtrittsöffnungen (5) der Statorrin— ge (2) entgegen der Drehrichtung der Drehscheiben (4) zeigen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als formperforiertes Blech mit richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen (5) vorzugsweise Streckmetall eingesetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen (5) von den Drehscheiben (4) und Statorringen (2) wahlweise auf den Ober- und/oder Unterseiten des eingebauten formperforierten Bleches befinden.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Rand der Drehscheiben (4) jeweils ein geschlossener im bestimmten Winkel zur Drehscheibenebene stehender Käfig (6) aus formperforierten Blech mit richtungsorientierten Durchtrittsöffnungen (5) umgibt, wobei die Durchtrittsöffnungen in die Drehrichtung der Drehscheiben (4) zeigen und sich auf der Welle (3) zugewandten Seite des Käfigs (6) befinden.
5.-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn-. zeichnet, daß Leitkanäle (7) von der Unterseite der ' Statorringe (2) zur Mitte des Gehäuses (1) in die Fähe der Unterseite der darüber befindlichen Drehscheiben (4) oder von der Oberseite der Statorringe (2) zur Mitte des Gehäuses (1) und in die Rahe der Oberseite der darunter befindlichen Drehscheiben (4) geführt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe der Statorringe (2) um die Rotorwelle (3) Leitschaufeln (8) angeordnet sind, wobei die äußeren Schaufelöffnungen in Drehrichtung der Rotorwelle (3) zeigen.
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