DE2315878A1

DE2315878A1 - Kontakteinrichtung fuer hochgeschwindigkeitskolonnen

Info

Publication number: DE2315878A1
Application number: DE19732315878
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Hoppe; Gerhard Dipl Ing Krueger; Hartmut Prof Dr Linde
Original assignee: GRIMMA MASCH APP VEB
Current assignee: GRIMMA MASCH APP VEB
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1973-10-25
Also published as: SU466634A3; BE797985A; CS171397B1; FR2179903A1; NL7304964A; HU167486B; FR2179903B1; DD98831A1

Description

Karl-Marx-Stadt, den 20. März I973

Kontakteinrichtung für Hochgeachwindigkeitskolonnen

Die Erfindung betrifft eine Kontakteinrichtung für Hochgeschwindigkeitskolonnen für den Gas- bzw, Dampf-Flüssigkeits-Kontakt, die rohrförmig oder als rechteckiger oder vieleckiger Strömungskanal ausgebildet ist und auf der unteren Seite mit öffnungen zum Zuführen von Flüssigkeit und Gas beziehungsweise Dampf und auf der oberen Seite mit Vorrichtungen zum Abführen von Flüssigkeit und Gas bez. Dampf versehen ist. Bei Zusammenschaltung mehrerer Kontakteinrichtungen entsteht eine Hochgeschwindigkeitskolonne für Prozesse des Gas- bzw. Dampf-Flüssigkeits-Kontakt, die vorwiegend für Prozesse eingesetzt wird, bei denen der Druckverlust keine entscheidende Rolle spielt, z.Bsp. bei der Rektifikation unter Druck, für Ab- und Desorptionsprozesse, für Gasbefeuchtung oder Gastrocknung und für direkte Wärmeübertragung.

Aus dem USA-Patent Nr. 2.808.897 ist eine Einrichtung bekannt, bei der das Gas in der gleichen Richtung wie die Flüssigkeit durch eine rohrförmige Kammer geleitet wird. An der unteren Seite (Eintritt) des Rohres befindet sich ein Leitorgan, das das Gas beim Eintritt in das Rohr in eine drehende Bewegung versetzt. In der Höhe der Leitorgane am unteren Ende des Rohres sind eine oder mehrere Öffnungen zum Zuführen von Flüssigkeit, z.Bsp. in Form von Löchern in den Leitorganen oder in Form einer Öffnung in der Mitte des Leitorgans, vorgesehen. Gemäß dem erwähnten USA-Patent Nr. 2.808.897 wird die Trennung der durch die drehende Bewegung entstandenen Flüssigkeitströpfchen von dem Gas durch die gleiche drehende Bewegung des Gases bewirkt, mittels derer

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die Flüssigkeitstropfchen erzeugt wurden. Innerhalb., des rotierenden Gasstromes entstehen somit die Tröpfchen, so daß die SteffÜbertragung zu diesem Zeitpunkt beginnen kann. Die erzeugte Drehbewegung übt aber gleichzeitig eine Fliehkraft auf die Flüssigkeitströpfchen aus, wodurch gleichzeitig wieder eine Abscheidung der Flüssigkeit an die Rohrwand beginnt, die den Wirkungsgrad der Stoffübertragung begrenzt. Die Einrichtung ist grundsätzlich nur für runde Querschnitte verwendbar.

Eine weitere bekannte Einrichtung besteht darin, daß zum Erzeugen der Tröpfchen und zum Trennen der Tröpfchen vom Gas verschiedenartige konstruktive Gestaltungen vorgesehen sind. Zum Zerstäuben der Flüssigkeit wird im Unterteil der rohrförmigen Einrichtung auf der Innenfläche der Wand ein Netzwerk von rechtwinkligen Streifen angebracht. Die Flüssigkeit, die in ähnlicher Weise wie bei dem vorher beschriebenen USA-Patent zugeführt wird, wird von dem Gasstrom bei entsprechender Strömungsgeschwindigkeit längs der Wand mitgerissen. Wenn auf der Wand eine strömende Flüssigkeit vorhanden ist und diese auf die Streifen an der Innenfläche der Rohrwand trifft, soll sie durch den Gasstrom weggeblasen und gleichzeitig zerstäubt werden.

Obwohl entsprechend dem beschriebenen Patent mehrere Streifenreihen über eine bestimmte Länge des Rohres angeordnet werden können, haben Untersuchungen ergeben, daß die Zerteilung der Flüssigkeit in möglichst viele Tröpfchen und damit die Herstellung einer möglichst großen Kontaktfläche mit dieser konstruktiven Lösung nicht optimal realisiert wird. Mit dem Netzwerk ans streifenförmigen Bauteilen ist es nicht möglich, in der Kernströmung im Inneren der rohrförmigen Einrichtung beide Phasen in einen hochintensiven Kontakt zu bringen.

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"*ie Trennung der beiden Phasen, d.h. die Abscheidung der Flüssigkeit, erfolgt wieder durch ein Leitorgan mit Hilfe der Zentrifugalkraft bei Inkaufnahme eines hohen Druckverlustes. Dieser hohe Druckverlust entsteht dadurch, daß das Gas beim Abscheidevorgang sehr stark umgelenkt werden muß. Der Raum über dem.Bauteil, das die drehende Bewegung erzeugt, wird nur zur Abscheidung der Phasen genutzt, ohne für den Gas- bzw. .Dampf-Flüssigkeits-Kontakt wirksam zu werden.

Zweck der Erfindung ist die Reduzierung der Abmaße von Kolonnen für Gas- bzw. Dampf-Flüssigkeits-Kontakt durch wesentliche .Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Gasphase und Intensivierung des Gas- bzw. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktes .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch zweckentsprechende Kontakteinbauten in den Zonen zur Durchführung des Gas- bzw. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktes und zur Trennung der Phasen den gesamten Strömungsquerschnitt und die gesamte Höhe der Kontakteinrichtung bei möglichst geringem Druckverlust effektiv zu nutzen.

Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß in der unteren Zone der Kontakteinrichtung über dem gesamten Strömungsquerschnitt verteilt in mehreren Lagen übereinander laschenförmige Verwirbelungseinbauten so versetzt zueinander angeordnet sind, daß ein maßgeblicher Anteil des Strömungsquerschnittes sowohl im Bereich der Randzone, als auch im Inneren der Kontakteinrichtung frei bleibt. In der oberen Zone der Kontakteinrichtung sind ein- oder mehrfach übereinander Abscheideeinbauten vorgesehen, deren einzelne mit Abstand übereinander schräg oder waagerecht liegende oder spiralschraubenförmig ansteigende Teile so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen oder die miteinander verbundenen Schwerpunkte der Profilquerachsen der Teile auf vom Inneren der Kontakteinrichtungen bis zur Seitenwand hin

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ansteigenden Linien ,liegen. Dabei ist jeweils die innere Begrenzung des Profils eines waagerecht liegenden oder spiralschraubenförmig ansteigenden Teiles genau oder mit Überlappung über der äußeren Begrenzung des Profils des auf der ansteigenden Linie darunter liegenden Teiles vorgesehen. Die innere Begrenzung dieses Profils liegt immer tiefer als die äußere Begrenzung desselben Profils.

Die. laschenförmigen Einbauten in der unteren Zone der Kontakteinrichtung sind im spitzen Winkel zur Seitenwand der Kontakteinrichtung angeordnet. Des weiteren sind die laschenförmigen Einbauten nach "dem Inneren der Kontakteinrichtung hin verdreht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen«

Pig. 1: Schnitt durch eine komplette runde Kontakteinrichtung mit verschiedenen Möglichkeiten für Verwirbelungs- und Abscheideeinbauten.

Pig. 2s Schnitt A-A aus Pig. 1 (Draufsicht auf zwei Arten von Verwirbelungseinbauten) und Schnitt B-B aus Pig. 1 (Draufsicht auf nach innen verdrehte Yerwirbelungseinbauten).

Die Pigur Λ zeigt einen Schnitt- durch eine komplette Kontakteinrichtung 1 in runder Form. Etwas oberhalb der Bodenplatte 2 (zum Schutz vor Verschmutzungen) befinden sich mehrere rechteckige Plüssigkeitseintrittsöffnungen 3 in der Seitenwand 4 der Kontakteinrichtung 1. Über den Plüssigkeitseintrittsöffnungen 3 befinden sich zunächst laschenförmige Verwirbelungseinbauten 5» cLie die vom Gas- bzw. Dampf-Strom an der Seitenwand 4 hochgerissene Flüssigkeit nur wenig von der Seitenwand 4- in den Innenraum der Kontakteinrichtung 1 ablenken. Diese Einbauten 5 sind unter einem spitzen Winkel zur Seitenwand 4 nach oben angebracht. Über den Lücken 6 zwischen diesen Verwirbelungs-

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einbauten 5 sind längere Verwirbelungseiribauten 7 angebracht, die die Flüssigkeit in Binnen 8 von der Seitenwand 4 weiter in den Innenraum der Kontakteinrichtung 1 leiten. Wiederum über diesen sind Verwirbelungseinbauten an der Seitenwand 4 angebracht, die nach innen verdreht sind, so daß sie in erster Linie die Strömung innen verwirbeln· Über diesen Verwirbelungseinbauten 5» 7» 9 folgen noch einmal die gleichen Verwirbelungseiribauten 5» 7\ 9» aber etwas gegen die darunterliegenden versetzt angeordnet. Zum Abschluß befinden sich über allen bisherigen Verwirbelungs einbauten 51 7; 9 J noch einmal solche mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet.

Darüber folgen in zwei Lagen unterschiedliche Abscheideeiribauten 10 und 11. Der untere Abscheideeinbau 10 besteht aus zwei Streifen 12, die in Spiralschraubenform von innen nach oben hin zur Seitenwand 4 gehen. Das Profil 13 der Streifen 12 ist rechteckig und so geneigt, daß die innenliegende Kante 14 eines Profils 13 genau über der außenliegenden Kante 15 eines darunterliegenden Profils 13 liegt. In Höhe der Berührung der Streifen 12 mit der Seitenwand 4 befinden sich mehrere hier rechteckig ausgeführte Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 16 für die abgeschiedene Flüssigkeit.

Die zweite Lage d.er Abscheideeiribauten 11 besteht aus drei spiralschraubenförmig angeordneten Streifen 18, die ein Halbkreisprofil I9 aufweisen und sonst gleiche Bedingungen wie die ersten beiden Lagen realisieren. Von oben scheint der gesamte Strömungsquerschnitt der Kontakteinrichtung von den Abscheideeiribauten 10\ 11 bedeckt zu sein. Um zu verhindern, daß die an der Seitenwand 4 austretende abgeschiedene Flüssigkeit außerhalb der Kontakteinrichtung 1 weiter hochgerissen wird» sind dachähnliche umlaufende Begrenzungsteile 20 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung

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ist wie folgt:

An der unteren Seite der Kontakteinrichtung 1 werden die Flüssigkeit und das Gas bzw. der Dampf getrennt durch bekannte Zuführungseinrichtungen eingebracht. Durch das , mit hoher Geschwindigkeit aufwärtsströmende Gas wird die Flüssigkeit ebenfalls aufwärts bewegt. Beide Phasen werden durch die erfindungsgemäßen laschenförmigen, in Gestalt, Abmessungen und Anordnungen unterschiedlichen "Verwirbe— lungseinbauten 5» 7 5 9 intensiv verwirbelt, wobei die Flüssigkeit in eine große Zahl von Tröpfchen mit großer Kontaktfläche zerteilt wird. Diese Zerteilung erfolgt in der Nähe der Seitenwand 4, von der Seitenwand 4 weg, an die Seitenwand 4 heran und im Inneren der Kontakteinrichtung 1. Damit ist die Gewähr gegeben, daß der gesamte Strömungsquerschnitt für die Kontaktierung genutzt wird. Mit dem Übergang der Phasen in die obere Zone beginnt der Vorgang der Phasentrennung.

Das Gas-Flüssigkeits-Gemisch prallt an die Abscheideeinbauten 10;- 11. Die Flüssigkeit bleibt an diesen Abscheideeinbauten 10} 11 als Film haften, der vom Gasstrom von den jeweils tieferliegenden Abscheideeinbauten 10} 11 in Form großer Tropfen weggerissen wird und an den weiter außen liegenden, nächsthöheren Teil innerhalb der Abscheideeinbauten 1Oj 11, beziehungsweise an diesen Abscheideeinbauten 10? 11 selbst nach oben und zur Seitenwand 4 transportiert wird. Dabei erfährt der Gas- bzw. Dampfstrom zwischen den Abscheideeinbauten 10? 11 jeweils ^nur eine sehr kleine Umlenkung. Die an die Seitenwand 4 der Kontakteinrichtung 1 gelangte Flüssigkeit verläßt die Kontakteinrichtung 1 durch Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 16 in der Seitenwand 4, die außerhalb der Kontakteinrichtung 1 bei Vorhandensein mehrerer Lagen von Abscheideeinbauten 10j 11 durch umlaufende dachähnliche Begrenzungsteile 20 gegeneinander abgeschirmt sein können. Das von der Flüssigkeit befreite Gas tritt in die nächsthöhere gleichartige Kontakteinrichtung 1 ein. -

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Mit dieser Kontakteinrichtung 1 wurde das wesentliche Element einer Gleichstrom-Hochgeschwindigkeitskolonne geschaffen, mit dem unter optimaler Nutzung der zur Verfugung stehenden Strömungsquerschnitte und Strömungsräume durch geeignete Gestaltung und Anordnung der Verwirbelungs- und Abscheideeinbauten größte Strömungsgeschwindigkeiten bei ausgezeichnetem Gas- bzw. Dampf-Flüssigkeits-Kontakt bei geringstem Apparatedurchmesser, sowie bei geringer Bauhöhe und geringem Druckverlust realisiert werden können·

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Claims

Patentansprüche

Kontakteinrichtung £ür Hochgeschwindigkeitskolonnen für den Gas- "bzw. Dampf-Flüssigkeits-Kontakts deren äußere Form regelmäßig gestaltet ist und im Inneren mit an den Seitenwänden angeordneten Vorsprüngen versehen ist, wobei auf der unteren Seite öffnungen zum Zuführen von Flüssigkeit und Gas "bzw. Dampf und auf der oberen Seite Einrichtungen zum Abführen der Phasen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der unteren Zone der Kontakteinrichtung (1) über dem gesamten Strömungsquerschnitt verteilt in mehreren Lagen übereinander laschenförmige Yerwirbelungseinbauten (5i 7; 9) so versetzt zueinander angeordnet sind₉ daß ein maßgeblicher Anteil des Strömungsquerschnittes sowohl im Bereich der Randzone als auch im Inneren der Kontakteinrichtung (1) frei bleibt und daß.in der oberen Zone .der Kontakteinrichtung (1) Abscheideeinbauten (10?,11) ein- oder mehrfach übereinander vorgesehen sind, deren einzelne mit Abstand übereinander schräg oder waagerecht liegende oder spiralschraubenfÖrmig ansteigende Teile s,o angeordnet sind, daß ihre Längsachsen oder die miteinander verbundenen Schwerpunkte der Prqfilquerachsen der Teile auf vom Inneren der Kontakteinrichtung (1) bis zur Seitenwand (4) hin ansteigenden Linien liegen, wobei jeweils die innere Begrenzung des Profils (13) eines waagerecht liegenden oder spiralschraubenförmig ansteigenden Teiles genau oder mit Überlappung über der äußeren Begrenzung des Profils (13) des auf der ansteigenden Linie darunter liegenden Teils vorgesehen ist und die innere Begrenzung dieses Profils (13) immer tiefer als die äußere Begrenzung desselben Profils (13) liegt.
2. Kontakteinrichtung für Hochgeschwindigkeitskolonnen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laschenförmigen Verwirbelungseinbauten (5; 7; 9) im spitzen Winkel zur ■ Seitenwand (4) der Kontakteinrichtung (1) angeordnet und nach dem Inneren der Kontakteinrichtungen (1) hin in sich verdreht sind. '

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