DE2227280C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubboden für
Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus einer feststehenden mit öffnungen versehenen Bodenplatte und
mindestens einer mit öffnungen versehenen weiteren Bodenplatte mit entsprechendem Querschnitt, die in der
Ruhelage auf der feststehenden Bodenplatte aufliegt und un;er der Wirkung des aufsteigenden Strömungsmittels
in vertikaler Richtung begrenzt bewegbar ist.
Bekannte Böden dieser Art haben eine gewisse Verwandtschaft zu den Siebboden, wobei jedoch durch
die zweite bewegliche Lochplatte eine Ventil- oder Klappenwirkung angestrebt wird. Aus diesem Grunde
sind die Öffnungen der ersten und zweiten Platte grundsätzlich so angeordnet, daß einer öffnung der
ersten Platte ein geschlossener Bereich der zweiten entspricht (siehe DT-OS 15 19 520). Auf diese Weise
sollen außerdem (durch die Umkehrung der Phasenströme)
Sprühwirkungen am Boden und ein Mitreißen von »Fremdphase« vermieden werden.
Beim Anfahren von Stoffaustauschkolonnen dieser Art ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, insbesondere
wenn keine Flüssigkeitsüberführungen zu den Nachbarböden der Kolonne vorgesehen sind, um eine
möglichst vollständige Ausnutzung des Kolonnenquerschnitts zu erreichen.
Man hat daher versucht, solche Böden durch Abstandshalter oder Federelemente zu verbessern,
wodurch jedoch der Aufbau der Böden komplizierter wird. Im übrigen zeigen alle diese Böden einen relativ
starken Druckabfall beim aufsteigenden Strömungsmedium mit zunehmender Anströmgeschwindigkeit desselben
am Boden.
Es wurde nun gefunden, daß bei besonders einfacher Konstruktion Anfahrprobleme vermieden und ein
strömungstechnisch besonders günstiges Verhalten bei voller Ausnutzbarkeit des Kolonnenquerschnitts und
guter Austauschwirkung erzielt werden kann, wenn man von der bislang für notwendig erachteten völligen
Überdeckung der wirksamen Perforation der einen Platte durch gegenüberstehende geschlossene Bereiche
der anderen Platte des Bodens abgeht.
Der demgemäß entwickelte erfindungsgemäße Hubboden der eingangs genannten Art ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Bodenplatte derart übereinander angeordnet sind, daß sich ihre öffnungen teilweise
überlappen.
Bei einem solchen Boden ist der Druckabfall uoer dem Boden — anders als bei den bekannten Hubboden
— weitgehend von der Anströmgeschwindigkeit des aufwärtsströmenden Mediums unabhängig, so daß sich
ein strömungstechnisch besonders wirtschaftlicher Betrieb ergibt, wobei dennoch hohe Austauschleisiungen
am Boden erzielt werden.
Beim erfindungsgemäßen Hubboden mit sich teilweise überlappenden öffnungen der Bodenplatten kann das
»Perforationsverhältnis« (das ist das Verhältnis des durch Lochüberlappung gegebenen freien Querschnitts
am Boden [in Ruhestellung] zum Kolonnenquerschnitt) bis zu 20% betragen. Dieses Verhältnis kann durch die
Relativlagen der Bodenplatten eingestellt werden. Bei Betrieb können sich die beweglichen Platten bis in Höhe
von Hubbegrenzungselementen bewegen. Dabei ändert sich das Perforationsverhältnis von bis zu 20% auf bis zu
60%. Die Hubbegrenzungselemente können an Führungen vorgesehen sein, die sich auf der feststehenden
Bodenplatte oder an der Kolonnenwand befinden und durch die beweglichen Platten hindurch erstrecken. Die
Führungen verhindern auch eine Horizontalbewegung der beweglichen Platten. Über einer feststehenden
Bodenplatte können mehrere bewegliche Platten vorgesehen werden.
Gestalt, Abmessung, Anzahl und Anordnung der öffnungen sind nicht kritisch und richten sich nach dem
Zweck und dem Anwendungsverfahren, den Eigenschaften der zu behandelnden Materialien und den
Betriebsbedingungen. Die öffnungen können z.B. kreisförmig und/oder rechteckig sein. Ist der Kolonnendurchmesser
groß, können die feststehende Platte und auch die beweglichen Platten in Segmente unterteilt
sein. Jede beliebige Querschnittsform der Kolonne ist möglich; sie kann z. B. kreisförmig, rechteckig oder
polygonal sein.
Beim Betrieb steigt das aufsteigende Strömungsmittel, z. B. der Dampf, durch die Öffnungen der
feststehenden Platte und hebt die bewegliche Platte an. Beide Platten befinden sich z. B. in Flüssigkeit. Das
blasenweise Hindurchleiten oder Aufsprudeln, das Mischen, das Inberührungbringen und das Dispergieren
oder Durchmischen erfolgt zunächst zwischen der feststehenden Platte und der beweglichen Platte.
Dasselbe tritt ein zwischen den beweglichen Platten, sofern mehr als zwei bewegliche Platten verwendet
werden. Die beweglichen Platten bewegen sich in Abhängigkeit von der Kraft aufsteigender Strömungsmittel
auf und nieder.
Der erfindungsgemäße Hubboden ist so ausgebildet, daß sich das Perforationsverhältnis automatisch und
kontinuierlich in Abhängigkeit von der Belastung ändert. Dadurch wird die Geschwindigkeit des durch die
Perforationsfläche des Bodens gehenden Strömungsmittels unabhängig von der Belastung konstant
gehalten. Bei der Destillation z. B. bewegt sich die obere Platte abwärts, wenn die Dampfbelastung in der
Kolonne abnimmt. Auf diese Weise wird das Perforationsverhältnis vermindert. Dies bedeutet mit anderen
Worten, daß die Durchgänge, durch die der aufströmende Dampf geht, kleiner werden. Demzufolge wird die
Geschwindigkeit des durch den Boden gehenden Dampfs im wesentlichen konstant gehalten, während
gleichzeitig der Flüssigkeitspegel auf dem Boden ebenfalls im wesentlichen konstant bleibt. Es gleicht
somit der Aufwärtsdruck den Druckabfall aus, sofern vorhanden. Dabei ist es möglich, in einem sehr weiten
Bereich von 5 bis 100% Belastung zu arbeiten, da das Perforationsverhältnis automatisch eingestellt wird.
Der erfindungsgemäße Hubboden kann für eine Rektifizierkolonne verwendet werden, eine Destillierkolonne,
einen intermittierend oder kontinuierlich
arbeitenden Ausscheider für Flüssigkeit-Flüssigkeit,
einen intermittierend oder kon'jnuierlich arbeitenden Reaktor für Flüssigkeit-Gas oder Flüssigkeit-Flüssigkeit,
einen Vielplattengasabsorber, eine kontinuierlich arbeitende Mehrfachfermeniierungseinrich'ung, eine S
Desodorierungseinrichtung, eine kontinuierlich arbeilende
Vorrichtung für eine Belüftung oder einen Rieselturm. Beispielsweise wird der Boden für die
Destillation von Alkohol und die Rektifikation von Petroleum verwendet. Der Boden ist für Gleich- und
Gegensironibetrieb einseizbar.
Die F.rfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Hubboden; ι S
Fig. 2 ist eine .Schnittdarstellung längs der Linb 11-11
in F i g. 1 und zeigt einen Arbeitseinsatz;
F i g. 3 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolonnenbodens;
Fig.4 ist eine graphische Darstellung, die für ein
I.lift-Wasser-System die Geschwindigkeit auf der Basis
der Turmquerschnittsfläche und den Druckabfall auf dem crfindiingsgemäßen Hubboden und herkömmlichen
Böden verdeutlicht;
F i g. 5 ist eine graphische Darstellung, die in einem Luft-(Methanol plus Wasser)-System die Luftgeschwindigkeit
auf der Basis der Turmquersehnittstläche und den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Hubbodens
und des herkömmlichen Glockenbodens verdeutlicht.
Die Erfindung wird im folgenden beschrieben für den Fall der Herstellung von reinem Methanol aus einem
Wasser-Methanol-System im Gegenstrom.
GemäC den F i g. 1 und 2 ist eine feststehende Platte 2 horizontal in einem Turm 1 festgelegt. Auf der
feststehenden Platte 2 befindet sich eine bewegliche Platte 3. Der Durchmesser der beweglichen Platte ist
nahezu gleich demjenigen der feststehenden Platte, jedoch etwas kleiner. Die bewegliche Platte kann sich
vertikal bewegen und wird dabei durch Führungen 5 geführt, die vertikal am Umfang des Turms 1
vorgesehen sind. Die Führungen 5 haben am oberen Ende Stopper. Mit dem Bezugszeichen 4 sind Kerben
bezeichnet, die am Umfang der beweglichen Platte vorgesehen sind und die Führungen 5 aufnehmen. Die
Kerben 4 verhindern auch Horizontalbewegung der beweglichen Platte.
In den Platten 2 und 3 ist eine Anzahl von Löchern 6
bzw. 7 vorgesehen. Die Überlappung von Löchern beider Platten oder das Perforationsverhältnis kann
durch die Relativlage beider Platten 2 und 3 gesteuert werden.
Gemäß F i g. 3 können anstelle von Löchern 6 und 7 Langlöcher oder Langschlitze 6' und 7' verwendet
werden. Die F i g. 3 zeigt, wo sich die Langlöcher 6' und 7' im rechten Winkel miteinander kreuzen. Die jj
Bezugszeichen 2' und 3' bezeichnen eine feststehende Platte bzw. eine bewegliche Platte.
Erreicht ein aufsteignedes Strömungsmittel (z. B. Dampf) die feststehende Platte 2, schwimmt die
bewegliche Platte 3 in einer Flüssigkeit und hebt sich entlang den Führungen 5 von der feststehenden Platte 2
in Vertikalrichtung weg. Die bewegliche Platte hebt sich in Abhängigkeit vorn Strömungsmiueldmck oder der
Belastung an. Das Perforationsverhältnis ändert sich entsprechend. Erreicht die Strömungsmittelbelastung
das Maximum, beträgt das Perforationsverhältnis bis zu 60%. Das Aufsteigen oder heben bedeutet nicht, daß
sich die bewegliche Platte stets in Parallellage zur feststehenden Platte hebt. Manchmal hebt sich lediglich
eine Seite der beweglichen Platte, ähnlich wie das Stampfen eines Schiffs.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich lediglich auf eine bewegliche Platte. Es können jedoch auf der
feststehenden Platte zwei oder mehrere bewegliche Platten vorgesehen werden. Führungen können von
Stelle zu Stelle vorgesehen werden, wenn der Durchmesser der feststehenden Platte groß ist. Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Hubbodens sind folgende:
1. Bemerkenswert hoher Wirkungsgrad über die Gesamtheit der Platten (Fig. 5). Insbesondere im Falle
von Gas-Flüssigkeitskontakt wird die ideale Brodelodcr Schäumschicht erhalten. Es wird ideale Gegenstromberührung
erreicht, um höheren Wirkungsgrad bei der Destillation als bei herkömmlichen Glockenböden
zu erhalten, wie dies in F i g. 5 ersichtlich ist.
2. Geringer Druckabfall (F i g. 4). Der Druckabfall bei dem erfindungsgemäßen Kolonnenboden ist wesentlich
geringer als bei dem herkömmlichen Kolonnenboden ('/: —'/? gegenüber dem herkömmlichen Boden), da
richtige Gestalt und Abmessung der Löcher oder Langlöcher und das erwünschte Perforationsverhältnis
und die Dicke beider Platten in einfacher Weise gewählt werden kann.
3. Weiter stabiler Betriebsbereich. Die Belastung oder Last kann zwischen 5 und 100% liegen, da das
Perforationsverhältnis in Abhängigkeit von der Belastung automatisch gesteuert wird. Der erfindungsgemäße
Boden kann für eine lange Zeitspanne stabil arbeiten.
4. Große Kapazität. Ein Fallrohr oder eine Falleinrichtung ist nicht notwendig, so daß bei geringem
Druckabfall und hohem Wirkungsgrad die Kapazität vergrößert wird.
5. Geringeres Mitreißen. Die Geschwindigkeit des durch die PerfGrationsfläche des Bodens gehenden
Strömungsmittels ist konstant und ist niedriger als bei den herkömmlichen Böden. Demzufolge ist das
Mitreißen geringer und sind die Blasen stabiler.
Hicrzu 1 Clatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Hubboden für Stoffaustauschkolonnen. tehend aus einer feststehenden mit öffnungen versehenen S Bodenplatte und mindestens einer mit öffnungen versehenen weiteren Bodenplatte mit entsprechendem Querschnitt, die in der Ruhelage auf der feststehenden Bodenplatte aufliegt und unter der Wirkung des aufsteigenden Strömungsmittels in iu vertikaler Richtung begrenzt bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatien (2, 3) derart übereinander angeordnet sind, daß sich ihre öffnungen (6,7) teilweise überlappen.
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