DE2127990A1 - Einrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten - Google Patents

Einrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten

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Description

Anmelder: Ceskosloyenskä äkademie ved., Praha 1 Narodni tr. 3
Titel: Einrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nichtmischbaren flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten.
Füllkörperkolonnen sind eine der verbreitesten Ausführungsformen bei Einrichtungen für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, wie z. B. bei der Rektifizierung und der Absorption, oder zwischen zwei nichtmischbaren flüssigen Phasen, z.B. bei der Flüssigkeitsextraktion.
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In Anlagen dieses Typs kommt es zu einem intensiven Kontakt der infrage kommenden Phasen durch die Strömung der Flüssigkeit auf der Oberfläche von Füllkörpern einer geeigneten Form, wodurch eine möglichst maximale Zwischenphasenoberfläche gebildet werden soll. Die bekanntesten Packungen werden durch Schüttungen stückförmigen Materials verschiedener Größen und Formen, wie Kugeln, Haschigringen, Berlsätteln u. ä., gebildet. Ein Nachteil dieser Füllkörpertypen besteht in ihrem hohen Widerstand beim Durchfluß der Phasen und weiter auch darin, daß nur ein kleiner Anteil der Gesamtoberfläche der Packung wirksam ist.
Den erstangeführten Nachteil beseitigt eine bekannte Packung, die aus Paketen lotrechter planparalleler Platten besteht, die das ganze Volumen der Kolonne ausfüllen. Der zweite Nachteil wird bei der bisher üblichen Berieselungsarten praktisch überhaupt nicht oder nur teilweise beseitigt. Die Flüssigkeit , die auf den lotrechten Flächen einen zusammenhängenden Film bilden soll, wird durch eine Berieselungsdusehe auf dem oberen Teil der Packung versprüht, wobei sich jedoch die einzelnen Tröpfchen oder die feinen Strahlen auf den senkrechten Flächen nicht zu einem zusammenhängenden Film, sondern normalerweise nur zu einer Eeihe von getrennten Flüssigkeitsströmehen (Rinnsalen) vereinigen, die nur fallweise in einen die ganze Oberfläche bedeckenden Film zusammenwachsen. Weiter ist nicht einmal sichergestellt, daß es nach einer genügenden
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Zeit zu einer Homogenisierung der Flüssigkeit und somit zur Herabsetzung der Konzentrations- bzw. der Temperatur gradient en und zur Bildung einer neuen Zwischenphasenoberfläche kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Einrichtungen und Packungen durch eine neue Konstruktion einer Anlage für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nichtmischbaren flüssigen Phasen,, von denen zumindest eine eine tropfbare-Flüssigkeit ist, die aus Sektionen lotrechter oder fast lotrechter Platten mit einem Flüssigkeitsverteiler besteht, zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der Boden der Einrichtung durch die oberen Plattenkanten und durch flache Distanzstücke gebildet wird, wobei die flachen Distanzstücke beiderseitig mit Rippen zur Bildung schlitzförmiger Öffnungen für den,Flüssigkeitsdurchfluß versehen sind. Falls als Einbauten Platten aus Streckmetall verwendet werden, können die Distanzstücke ohne rippenförmige Ansätze ausgeführt sein, da diese durch die seitlich ausweichenden Rippen des Streckmetalls ersetzt werden. Der Flüssigkeitsverteiler, der oberhalb jeder einzelnen Sektion eingebaut ist, dient gleichzeitig zur sich wiederholenden Homogenisierung der Flüssigkeit und damit zur Ausgleichung von Konzentrations- und Temperaturgradienten. Als Ansätze können z. B. in Strömungs-
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richtung ausgerichtete Eippen oder Einsätze, z· B. aus Draht geeigneter Dicke, zur Anwendung gelangen.
Der Flüssigkeitsverteiler ist im wesentlichen ein Gefäß, dessen Boden teils durch die oberen Plattenkanten, teils durch die flachen Distanzstücke gebildet wirdo Die oberen Plattenkanten und die flachen Distanzstücke werden gegeneinander derart fest zusammengespannt, daß bei abwechselnder Anordnung eines flachen Distanzstücks und einer Platte zwischen jeder Platte und jedem Distanzstück ein Schlitz oder eine Reihe schlitzförmiger Öffnungen entsteht.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich beim Auslauf der Flüssigkeit auf den Platten ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm oder eine Reihe von Flüssigkeitsströmehen ausbildet, die sich kurz nach dem Ausfluß unumgänglich zu einem zusammenhängenden Film vereinigen müsseno
Sobald der Flüssigkeitsfilm den durch die Länge der Platten gegebenen Weg zurückgelegt hat, tritt er entweder aus der Anlage aus oder in den Verteiler der nächstniedrigeren Sektion ein. Im Verteiler kommt es zu einer Homogenisierung der Flüssigkeit, zum Ausgleich der Konzentrations- und Temperaturgradienten und beim Auslauf auch zur Bildung einer neuen Zwischenphasenoberfläche. Bei niedrigeren Berieselungsintensitäten ist es zweckmäßig, vorerst die Berieselungsdichte zu
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erhöhen, wodurch eine vollkommene Benetzung der Oberfläche erzielt wird, die dann bei Herabsetzung der Berieselung auch weiterhin erhalten bleibt.
Experimentell wurde festgestellt, daß es auch bei einer kleinen Dicke der Flüssigkeitsschicht zu einem bedeutenden Anstieg des Stoff- bzw. Wärmeübergangskoeffizienten kommt, falls durch geeignete Bearbeitung der Packungsoberfläche (Rauhigkeit, Perforage) oder durch mechanische Durchrührung eine Durchmischung der Flüssigkeit in der Schicht während ihrer Strömung entlang der Packung, und eine Herab setzung der Konzentrations- bzw«, Temperaturgradienten erzielt werden kann, was eine Erhöhung des Konzentrationsbzw, des Temperaturgefälles und somit eine Erhöhung der Triebkraft des Prozesses mit sich bringt.
Weiter wurde festgestellt, daß als besonders geeignetes Material für die Erzeugung einer guten Turbulenz in der Flüssigkeitsschicht Streckmetall verwendet werden kann«,
In der 'fabeile I werden Werte des Stoffübergangskoeffizienten in m/s (pro 1 m der Packung) angeführt, die für das System COp - HpO in Anlagen mit verschiedenen Typen von Platteneinbauten gemessen wurden· Die Breite der beiderseitig benetzten Platten betrug 100 mm, ihre Länge 750 mm«,
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Aus der angeführten Tabelle ist ersichtlich, daß der Stoffübergangskoeffizient bei sonstigen gleichen Bedingungen bei Streckmetall bis um das 8-fache größer ist als bei glatten Platten; bei perforierten Blechen mit kreisrunden Öffnungen, welche sich aus den vermessenen durchlochten Einbauten als wirksamste erwiesen, beträgt die Erhöhung im. Durchschnitt etwa 30 #.
Der Einsatz von Streckmetall als Packungsmaterial bringt . gegenüber performierten Blechen neben der Erhöhung der ?/irksamkeit auch dem Vorteil mit sich, daß es bei der Herstellung zu keinen Materialverlusten kommt. Es kann sogar aus einer Flächeneinheit eines Bleches bis zu einem Mehrfachen an Streckmetalloberfläche gewonnen werden. Im Hinblick darauf, daß es bei der Produktion von Streckmetall zur seitlichen Ausweichung seiner Rippen kommt, können für seine Herstellung dünnere Bleche verwendet werden, ohne das damit die Stabilität der Packung gefährdet wird« Die seitlichen Ausweichungen der Rippen bewirken eine vollendetere Durchmischung des Flüssigkeitsfilms als die ebenen Brücken bei perforierten Blechen. Die besten Ergebnisse wurden bei einer solchen Anordnung erzielt, bei der die Flüssigkeit in Richtung der Schnitte im Blech abfließt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig.. 1 eine axonometrische Ansicht auf eine Sektion der Packung, einschließlich des Flüssigkeitsverteilers,
Fig. 2 eine schematische Zeichnung der Gasströmung in der Packung der Anlage,
Fig. 3 und 4 eine Ansicht auf verschiedene Ausführungen der Distanzstücke,
Fig. 5 eine schematische Zeichnung des Streckmetalls und Fig. 6 eine weitere Konstruktion eines Distanzstückes.
Fig. 1 zeigt ebene Einbauten 1, die in ihrem oberen Teil durch die mit Rippen 3 versehenen Distanzstücke 2 gegenseitig auf Abstand gehalten werden. Der obere Teil der ebenen Einbauten 1 und der Distanzstücke 2 bildet den Boden eines Gefäßes 4, welches an seinen Seiten mit Leisten 5 versehen ist, die zur Einhängung der ebenen Einbauten 1 und der Distanzstücke 2 dienen.
In Fig. 2 ist ein Schema eines Teiles 6 einer Anlage mit ebenen Einbauten 1, mit dem Gefäß 4 des Verteilers und mit einem erweiterten Teil 7, das die Umströmung des Gefäßes 4 des Verteilers durch die Flüssigkeit ermöglicht.
In den Fig. 3 und 4 sind Distanzstücke 2 eingezeichnet, die mit verschiedenen Typen rippenförmiger Ansätze 3 versehen sind.
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In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Streckmetalls dargestellte
Fig. 6 zeigt eine Ausführung eines Distanzstückes mit Öffnungen 8, die oberhalb des Flüssigkeitspegels im Verteiler liegen und die die Abströmung der leichteren Phase (des Gases) ohne die in der Figo 2 erwähnten Erweiterung 7 möglich machen.
Die in das Gefäß 4 des Verteilers eintretende Flüssigkeit ν fließt durch die schlitzförmigen Öffnungen in seinem Boden ab und bildet auf den ebenen Einbauten 1 einen Film. Im Gegenstrom zu der entlang der ebenen Einbauten 1 abfließenden Flüssigkeit strömt die zweite Flüssigkeit in Form eines Gases, eines Dampfes oder eines zweiten, mit dem entlang der ebenen Einbauten 1 abfließenden Medium nichtmischbaren, tropfbaren Flüssigkeit.
Die Anordnung mit ebenen Platten ermöglicht den Einbau einer großen Zwischenphasenoberfläche, die vollkommen für den Stoff- bzw. Wärmeübertragung ausgenützt werden kantio Bei der Anwendung von Streckmetall kommt es zu einer stetigen Durchmischung der Flüssigkeit im abfließenden Film und somit zu einer fortlaufenden Erneuerung der Zwischenphasenoberfläche und zur Erhöhung der Stoffbzw. Wärmeübertragung,,
Analog können auch Anlagen mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt werden«,
■. - 9 -
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TABELLE I
Einbautentyp Wasserdurchfluß in l/min
0,1 0,5 1,0 5,0
glatte Platten - 6,4.10"5 9,0.10"5 1,5.1O<4
perforiertes Blech αλλ
0 8 mm - 1,7.10"4 3,0.10 4 8,0.10"4
perforiertes Blech R A λα 0 4 x 4 mm 4,0.10"° 2,0.10""4 2,9.10"4 5,3«10""4
perforiertes Blech ,
0/6,75 x 6,75 mm - 1,0.10 2,2.10"4 5,4.10"4
Streckmetall R , *
16 χ 4 mm 5,0.10"° 2,2.10~4 3,6.10"4 9,0.10
Streckmetall
15 x 5 mm 4,2.10~5 2,4.10"4 3,6.10"*4 1,2.10"3
- 10 -
1 0 9 8 5 1 / 1 6 7 S

Claims (3)

- 10"- ; 212799Q PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nichtmischbaren flüssigen Phasen, τοη denen zumindest eine eine tropfbare Flüssigkeit ist, die aus Sektionen lotrechter oder fast lotrechter Platten mit einem Flüssigkeitsverteiler besteht, dadurch gekennzeichnet , daß der Boden eines Gefäßes (4) des Flüssigkeitsyerteilers durch die oberen Kanten der Platten der auf Leisten (5) eingehängten ebenen Einbauten (1) und flache Distanzstücke (2) gebildet ist, wobei die flachen Distanzstücke (2) beiderseitig mit rippenförmigen Ansätzen (3) zur Bildung von Schlitzen für den Flüssigkeitsdurchfluß versehen sind und wobei die im Gegenstrom durch Teil (6) fliessende Flüssigkeit das Gefäß (4) des Verteilers durch einen erweiterten Teil (7) der Einrichtung umfließt oder durch Öffnungen (8) in Distanzstück abfließt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Flüssigkeitsverteiler oberhalb jeder Sektion eingebaut ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch g e 'kennzeichnet , daß als Material für die Packung Streckmetall verwendet wird, dessen seitlich ausweichende Rippen die rippenförmigen Ansätze (3) der Distanzstücke (2) bilden.
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