DE2251800B2 - Boden fuer stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Description

Stoffaustauschkolonnen werden in der Praxis dort eingesetzt, wo Gase und/oder Dämpfe mit Flüssigkeiten in Kontakt gebracht werden sollen. Ein wesentliches Einsatzergebnis derartiger Kolonnen ist die Verwendung als Gaswäscher zur Reinigung von Gasen mit entsprechenden Waschlösungen. Innerhalb der turmartigen Stoffaustauschkolonne befinden sich dabei normalerweise eine oder mehrere Lagen mit Füllkörpern. Die Waschlösung wird von oben auf die Kolonne aufgegeben und durchläuft im Gegenstrom zum von unten nach oben aufsteigenden Gas die einzelnen Füllkörperlagen. Dabei kann es erforderlich werden, die aus einer Füllkörperlage ablaufende Flüssigkeit vor dem Eintritt in die darunter liegende nächste Lage aufzufangen und, möglichst gleichmäßig auf den gesamten Querschnitt der Kolonne verteilt, neu auf die darunter liegende Lage aufzugeben. Durch die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung kann überall in der Kolonne ein gleich guter Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit und damit ein gleich guter Wascheffekt erreicht werden.

Zum Auffangen und Neuverteilen der Flüssigkeit dienen Böden, die in der turmartigen Kolonne jeweils zwischen zwei Füllkörperlagen angeordnet sind.

Bei einer aus der DT-AS 10 56 779 bekannten Konstruktion sind die Böden mit gebogenen Rohrstutzen versehen, durch die das aufsteigende Gas hindurchtreten kann, während die Flüssigkeit über sogenannte Überlaufschlitze in die Rohrstutzen eintritt und durch einen jeweils unterhalb der Rohrstutzen angebrachten Prallteller bzw. eine Prallplatte neu verspritzt wird. Die Prallteller bzw. die Prallplatten können dabei am Rande mit Einkerbungen versehen sein. Sie liefern beim Verspritzen der Flüssigkeit jedoch nur eine Flüssigkeitsverteilung, die einem Hohlkegel entspricht, weshalb sich eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Kolonnenquerschnitt mit der soeben beschriebenen Konstruktion nicht erreichen läßt. Zusätzlich wird in der Praxis die Forderung gestellt, daß eine annähernd gleiche Flüssigkeitsverteilung auch dann noch erreicht werden soll, wenn die auf die Kolonne aufgegebenen Flüssigkeitsmengen stark schwanken. Dabei ist zu beachten, daß bei einer Verdoppelung der Flüssigkeitsmenge der erforderliche Vordruck, der notwendig ist, um bei gleichen Durchtrittsquerschnitten die erhöhte Flüssigkeitsmenge durch den Verteilerboden in der gleichen Zeiteinheit hindurchtreten zu lassen, auf das Vierfache wächst Um dieser Forderung Rechnung zu tragen, müßte jedoch die Kolonnenhöhe entsprechend vergrößert werden.

Ferner ist aus der DT-OS 15 19 720 eine Stoffaustauschkolonne mit Glockenboden bekannt. Zwischen den mit Glocken überdachten Gasdurchtrittsstutzen sind über den Boden verteilt rohrförmige Flüssigkeitsabflüsse angeordnet. Besondere Vorkehrungen für eine möglichst gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Kolonnenquerschnitt sind hier jedoch nicht vorgesehen. Im Gegenteil, man ist in diesem Fall bestrebt, die Flüssigkeit auf einen möglichst eng begrenzten Bereich des Bodens aufzugeben.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Boden für Stoffaustauschkolonnen zu schaffen, mit dem eine möglichst gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Kolonnenquerschnitt erreicht werden kann. Weiterhin soll dieser Boden auch bei stark schwankenden Flüssigkeitsmengen eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung und damit einen optimalen Kontakteffekt gewährleisten, ohne daß eine Vergrößerung der Kolonnenhöhe erforderlich ist.

Dies wird beim Boden für Stofiaustauschkolonnen, b^i dem zwischen Gas- bzw. Dampfdurchtrittshälsen über die gesamte Bodenfläche gleichmäßig verteilt Flüssigkeitsabflüsse angeordnet sind, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Flüssigkeitsabflüsse Vollkegeldüsen mit und ohne Überlaufrohr vorgesehen sind, wobei die Vollkegeldüsen mit Überlaufrohr und die Vollkegeldüsen ohne Überlaufrohr in ihrer Reihenfolge abwechselnd derart angeordnet sind, daß sich die Sprühkegel der gleichen Düsenart jeweils überlappen.

Mit dem erfindungsgemäßen Boden wird eine Flüssigkeitsverteilung, die einem Vollkegel entspricht, erzielt. Obwohl man bisher der Auffassung war, daß die vorgesehenen Vollkegeldüsen erst ab 2,5 m Vordruck eine zufriedenstellende Flüsr-igkeitsverteilung liefern, hat es sich gezeigt, daß auch bei den normalerweise auf diesen Böden üblichen, zwischen etwa 0,4-0,8 m liegenden Stauhöhen mit serienmäßigen Vollkegeldüsen eine zufriedenstellende Flüssigkeitsverteilung zu erreichen ist. Die Verwendung vor Vollkegeldüsen mit quadratischen Sprühkegeln hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, da sich hier die notwendigen Überlappungen der Sprühkegel besonders klein halten lassen.

Nachfolgend sollen die konstruktiven Merkmale und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Bodens an Hand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf den Boden,
Fig.2 einen Längsschnitt entlang der Linie L-M in Fig. 1,

F i g. 3 ein Streubild der Vollkegeldüsen ohne Überlaufrohr,

F i g. 4 ein Streubild der Vollkegeldüsen mit Überlaufrohr und

F i g. 5 die Flüssigkeitsverteilung beider Düsenarten über den gesamten Boden im Längsschnitt.

In der in F i g. 1 wiedergegebenen Draufsicht erkennt man den Boden 1, der in der turmartigen Stoffaustauschkolonne angeordnet ist. Der Turmmantel ist mit 2 bezeichnet, während die Vollkegeldüsen ohne Überlaufrohr 9 das Bezugszeichen 3 aufweisen. Man erkennt die Vollkegeldüsen 3 ohne Überlaufrohr 9 außerdem ohne Schwierigkeiten an ihrer gleichartigen zeichnerischen

Darstellung, die sich deutlich von der zeichnerischen Darstellung der Vollkegeldüsen 4 mit Überlauf 9 unterscheidet. Zur Vereinfachung der Darstellung sind deshalb die Bezugszeichen 3,4 und 9 nur einmal in die Fig. 1 eingetragen worden. Die D-aufsicht in Fig. 1 läßt ganz klar die gleichmäßige Verteilung beider Düsenarten über die gesamte Bodenfläche erkennen, wobei sich die Vollkegeldüsen mit Überlaufrohr und die Vollkegeldüsen ohne Überlaufrohr in ihrer R( ihenfolge stets abwechseln. Beide Düsenarten sind dabei zwischen den Gasdurchtrittshälsen 5 angeordnet, die in der F i g. 1 durch einen unterbrochen gezeichneten Kreis dargestellt sind, da sie sich im vorliegenden Falle in Gruppen zu jeweils zwei Stück unter einer gemeinsamen Überdachung 6 befinden. Da sich auch diese Anordnung in gleichmäßiger Verteilung über die gesamte Bodenfläche wiederholt, wurden die dazugehörigen Bezugszeichen ebenfalls nur einmal in F i g. 1 eingetragen.

Die F i g. 2, die einen Längsschnitt entlang der Linie L-M in F i g. 1 darstellt, läßt ebenfalls den Turmmantel 2 erkennen, innerhalb dessen der Boden 1 auf den Tragbalken 7 aufliegt. Diese Tragbalken, die beispielsweise aus Profil- oder Winkeleisen gebildet sein können, sind wie der Tragring 8 am Turmmantel 2 befestigt. Man erkennt die Vollkegeldüsen 3 ohne Überlaufrohr 9 und die Vollkegeldüsen 4 mit Überlaufrohr. Beim Betrieb der in den Abbildungen nicht weiter dargestellten Stoffaustauschkolonne tritt das aufsteigende Gas durch die mit der Überdachung 6 versehenen Gasdurchtrittshälse 5 nach oben und gelangt in die darüber befindliche, nicht dargestellte Füllkörperlage. Die von dieser gleichzeitig ablaufende Flüssigkeit (Waschlösung) wird zunächst auf dem Boden 1 gestaut. Die Menge der auf die Stoffaustauschkolonne aufgegebenen Flüssigkeit kann dabei in der Praxis natürlich stets gewissen Schwankungen unterworfen sein. Beträgt die Flüssigkeitsmenge beispielsweise 50% der ausgelegten Maximalmenge, so wird diese Flüssigkeitsmenge nur bis zur Stauhöhe 10 auf dem Boden 1 aufgestaut.

Die im Boden 1 eingeschraubten Vollkegeldüsen 3 ohne Überlauf 9 verteilen diese Flüssigkeitsmenge dann nach dem Durchtritt über den gesamten Querschnitt der Stoffaustauschkolonne. In F i g. 3 ist das dazugehörige Streubild der Flüssigkeitsverteilung wiedergegeben. Die schraffierten Zonen stellen dabei die Überlappungen der einzelnen Sprühkegel dar. Man erkennt aus F i g. 3, daß im vorliegenden Fall Vollkegeldüsen verwendet wurden, die einen Sprühkegel mit quadratischem Querschnitt liefern. Die Sprühkegel sind auch als dünne Linien in F i g. 2 im Längsschnitt dargestellt worden.

Tritt beispielsweise beim Betrieb der Stoffaustauschkolonne eine Verdoppelung der aufgegebenen Flüssigkeitsmenge auf, so steigt die auf dem Verteüerboden 1 aufgestaute Flüssigkeitsmenge bis auf die Stauhöhe 11.

Da diese jedoch oberhalb der Eintrittsöffnungen der Überlaufrohre 9 liegt, kann nunmehr Flüssigkeit durch die Überlaufrohre zu den darunter liegenden Vollkegeldüsen 4 fließen. Diese Vollkegeldüsen mit Überlaufrohr verteilen die durch sie htadurchtretende Flüssigkeitsmenge ebenfalls gleichmäßig über den gesamten Kolonnenquerschnitt. Die Überlaufrohre 9 können höhenverstellbar ausgebildet werden, wodurch eine gewisse Regelbarkeit der Stauhöhe 11 erzielt werden kann. In Fig.4 ist das dazugehörige Streubild der Flüssigkeitsverteilung wiedergegeben. Auch hier sind die Überlappungen der einzelnen Sprühkegel schraffiert dargestellt. Für die Vollkegeldüsen mit Überlaufrohr wurden in diesem Fall ebenfalls solche verwendet, die einen Sprühkegel mit quadratischem Querschnitt liefern.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung beider Düsenarten auf dem Boden wird insgesamt eine Flüssigkeitsverteilung erreicht, die der Verteilung durch eine zentral angeordnete Volldüse entspricht.

Die in Fig.5 im Längsschnitt wiedergegebene Flüssigkeitsverteüung beider Düsenarten läßt erkennen, daß die Flüssigkeitsverteüung über den gesamten Querschnitt der Stoffaustauschkoionne ziemlich gleichmäßig ist und daß eine Randgängigkeit der Flüssigkeitsverteilung, wie sie bei der Verwendung von Pralltellern und Prallplatten auftritt, nicht zu beobachten ist.

Die Bezugszeichen in den F i g. 3 und 4 haben selbstverständlich die gleiche Bedeutung wie in den vorhergehenden Figuren.

Die durch beide Düsenarten gleichmäßig auf den gesamten Querschnitt der Stoffaustauschkolonne verteilte Flüssigkeit gelangt anschließend auf die darunterliegende Füllkörperlage. Wegen der guten Verteilung ist auch hier ein guter Kontakt mit dem aufsteigenden Gas möglich. Auf weitere Einzelheiten der Stoffaustauschkoionne braucht hier nicht näher eingegangen zu werden, da die Anwendung des erfindungsgemäßen Bodens nicht an eine bestimmte Konstruktion dieser Kolonne gebunden ist, sofern diese mit aufsteigendem Gasstrom und herabfließender Flüssigkeit arbeitet.

Die durch den erfindungsgemäßen Verteüerboden erzielbaren Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Gleichmäßige Flüssigkeitsverteüung über den gesamten Kolonnenquerschnitt. Dadurch wird ein besonderer hoher Wirkungsgrad der Stoffaustauschkoionne erreicht.

2. Die gleichmäßige Flüssigkeitsverteüung über den gesamten Kolonnenquerschnitt ist auch bei schwankender Flüssigkeitsaufgabe gewährleistet.

3. Bei erhöhter Flüssigkeitsaufgabe ist eine Vergrößerung der Höhe der Stoffaustauschkolonne nicht erforderlich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Boden für Stoffaustauschkolonnen, bei dem zwischen Gas- bzw. Dampfdurchtrittshälsen über die gesamte Bodenfläche gleichmäßig verteilt Flüssigkeitsabflüsse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeitsabflüsse Vollkegeldüsen (3,4) mit und ohne Oberlaufrohr (9) vorgesehen sind, wobei die Vollkegeldüsen (4) mit Überlaufrohr und die Vollkegeldüsen (3) ohne Überlaufrohr in ihrer Reihenfolge abwechselnd derart angeordnet sind, daß sich die Sprühkegel der gleichen Düsenart jeweils überlappen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vollkegeldüsen (3; 4) mit einem quadratischen Sprühkegel vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufrohre (9) höhenverstellbar ausgebildet sind.