DE2227280C3 - - Google Patents

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)

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.