DE2341880A1

DE2341880A1 - Verfahren und einrichtung fuer mehrstufige hochgeschwindigkeitsprozesse

Info

Publication number: DE2341880A1
Application number: DE19732341880
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Hoppe; Gerhard Dipl-Ing Krueger; Hartmut Prof Dr Linde
Original assignee: MASCH und APPBAU GRIMMA VEB
Current assignee: MASCH und APPBAU GRIMMA VEB
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1974-04-11
Also published as: DD104717A1; FR2200045B1; FR2200045A1

Description

Verfahren und Einrichtung für mehrstufige Hochgeschwindigkeitsprozesse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Realisierung mehrstufiger Hochgeschwindigkeitsprozeese, wie z.B. Rektifikation, Absorption, flüssigrflüesig Extraktion, Naßentstaubung und direkter Wärmeaustausch, bei den die kontaktierenden Phasen mit hohen Geschwindigkeiten im Gleichstrom geführt werden.

Es ist ein Boden für Gleichstromführung bekannt, bei öe:3 Zerteilung, interner Transport und Abtrennung der schwereren Phase im Gleichstrom erfolgt.

Diese lüinrichtung hat den Nachteil, daß der Rücklauf der schwereren Phase allein durch den hydrostatischen Druck bedingt ist und daß die Austragung der schwereren Phase mit erneuter Zerteilung verbunden ist. Dadurch ist der Rücklauf der schwereren Phase durch die Schwerkraft unter der Bedingung erneuter Rekombination durch die Schwerioeaft der geschwindigkeitsbestimmende Schritt, der die beabsichtigte hohe Dampfgeschwindigkeit begrenzt.

In einer wissenschaftlichen Veröffentlichung wird angegeben, daß mit einem Venturirohr eine gute Zerteilung der eingeführten Flüssigkeit in einem Gasstrom möglich ist und daß die Abtrennung der Plussigkeitstropfen mit einem Zyclon vorteilhaft ist. Nachteile dieser Anordnung sind die fehlende konstruktive Einheit und der Gegenstrom im Zyclon mit dem prinzipbedingten Zweigstrom, der zu hohem Üruckverlust und unvollständiger Abtrennung bei hohen Dampfgeschwindigkeiten führt, sowie die Einstufijkeit des Prozesses.

Es ist weiterhin eine Stoffaustauschkolonne bekannt, in welche.· in Abständen übereinander Austauschboden angeordnet sind für den Stoffaustausch zwischen zwei in der

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Kolonne im Gegenstrom zueinander geführten fluiden Medien, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Unterstützung des Transportes des abwärts strömenden flüssigen Mediums von Austauschboden zu Austauschboden durch den hydrostatischen Druck eine zusätzliche Pumpe angeordnet ist, zum Zweclr, den Rücklauf auch bei einem größeren Druckgefälle im aufwärtsströmenden Medium zu gewährleisten« Nachteilig ist hierbei, daß die zusätzliche Pumpe die Kompliziertheit und Anfälligkeit der Einrichtung unnötig erhöht. Die vorgeschlagene Abtrennung im Gegeastrea unter sehr großer Querschnittsverengung erzeugt einen sehr großen Druckverlust und führt zwangsläufig zur tTberflutung, wodurch die obere Dampfgeschwitidigkeit bega?««zt bleibt·

Ss sind weitere Lösungen bekannt, bei denen die fhasen ebenfalls im Gleichstrom bis zur Abscheidung geführt werden. Diese Lösungen zeichnen sich dadurch aus, daß bei Abtrennung und Austragung der flüssigen Phaee GQgens trom zwischen Dampf und abgeschiedener Phase auftritt. Das hat den Nachteil, daß äaß Prinzip der Überflutung den Arbeitsbereich die»«? struktion wesentlich einschränkt.

Zweck der Erfindung ist die wesentliche Erhöhung des Durchsatzes bei Reduzierung der Abmaße von Kolonsen· Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehretutige Hochgsschwindigkeitsprozesse mit einen zweckentenpreckenden Vorfahren und den dazu notwendigen Einrichtungen bei Erhöhung der Geschwindigkeit, besonders für die Verfahrenaschritte Abscheidung, Austragung und Rückforderung der schwereren Phase zu realisieren, ohne zusätzliche maschinentechnische Einrichtungen für Zerteilung, Transport, Abscheidung, Austragung und Rückforderung der schwereren Phase in Anspruch zu nehmen·

Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die kontaktierenden Phasen sowohl bei den Verfahreneschritten

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Zerteilung, Transport, Abscheidung und Austragung der schwereren Phase im Kontaktierungsraum als auch bei dem Ve^fahrensschritt Rückforderung im Rückf örd er ungo^auii ausschließlich im Gleichstrom geführt werden. Dabei ist der Vclumenanteil der leichteren Phase im Kontaktierungsraum v;3sentlich größer als der Volumenanteil der leichteren Phase im Rückforderungsraum. Die Strömung baut die zur Rückforderung der schweren Phase im Gleichstrom mit einem Volumenanteil der leichteren Phase im RückfOrderungsraum vom Verfahrensschritt Austragung jeder Stufe sum Verfahrensschritt Zerteilung der jeweils nächsttieferen Stufe notwendigen statischen Druckunterschiede, die durch den Staudruck beim Verfahrensschritt Austragung verstärkt werden, im.Kontaktierungsraum durch örtliche Geschwindigkeitserhöhung beim Verfahrensschritt Zerteilung salbständig auf« Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß im Kontaktierungsraum jeder Stufe ein düsenförmiger Einbau in Strömungsrichtung angeordnet ist, der an seinem Einlauf mit einer Austragvorrichtung und in seinem engsten Gebiet mit einer Eintrittsvorrichtung versehen ist. Die Austre j- und Eintrittsyorrichtung sind außerhalb des düsenförmigen Einbaus nur durch eine gemeinsame, vom Rand des Kc trbaktierungsraumes bis zum Rand des Rückförderunc-sraumet reichende Wand voneinander getrennt. Die Austragvorricatungen jeder Stufe sind mit den Eintrittsvorrichtungen der jeweiligen nächsttieferen Stufen mit einem oder ν 3hreren Rückförderraum/räumen direkt verbunden. In Fortsetzung der Eintrittsvorrichtung sind in Strömungsrichtu^g gleichförmig oder stufenartig verlaufende, sich voneinander entfernende bis an den Rand des Kontaktierungsraumes reichende Wände angeordnet.Daran sind mehrere quer zur Strömungsrichtung verlaufende kamm- oder sägezahnartig in den Kontaktierungsraum hineinragende Kanten vorgesehen. Die Austragvorrichtung ist kammerartig gestaltet und besteht aus der gemeinsamen Wand zwischen Austrag- und Eintrittsvorrichtung, dem

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ein- oder mehrfach unterbrochenen äußeren Rand des Kontaktierungsraumes und gegebenenfalls aus einem Teil des Ri-.iides des Rückförderungsraumes, wobei im Einlauf am äußeren Rand des Kontaktierungsraumes eine oder mehrere Austragöffnungen nebeneinander einzeln und/oder mehrfach hintereinander entgegen der Strömungsrichtung angeordnet sind. Eine besondere Ausgestaltung der Einrichti.ng zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß aufeinanderfolgende, düsenförmige Einbauten im Wechsel winklig zur Strömungsrichtung und/oder versetzt bzw. gespiegelt versetzt zueinander angeordnet sind und da3 auch der Rückförderungsraum erforderlichenfalls so verläuft.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Dazu zeigen

iig. 1: Prinzip des Verfahrens mit Darstellung des Rückförderdruckes £pi und Druckverlustes Δ p2 von zwei Verfahrensstufen;

jig. 2: Schnitt durch einen Teil einer rohrförmigen Einrichtung mit stufenartiger Gestaltung der Wandj

Tig. 3: Schnitt durch eine Einrichtung mit

mehreren im Wechsel gespiegelt versetzt übereinander angeordneten düsenförmigen Einbauten:

Fig. 4-5 Einzelheit X aus Eig. 3;

Fig.. 5: Perspektivischer Schnitt durch eine Einrichtung mit im Wechsel winklig angeordneten düsenförmigen Einbauten.

Figur i zeigt, zugeordnet zu einer Prinzipskizze der Einrichtung, den Druckverlauf innerhalb mehrerer Stufen 5 der Linrichtung aufgetragen über der Höhe der Einrichtung.

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Durch cen Strömungswiderstand innerhalb der Einrichtung nimmt cer stati ehe Druck ρ ^ mit zunehmender Höhe ab. An den Stellen örtlicher Geschwindigkeitserhöhung an den düsenförmigen Einbauten 6 erfolgt eine starke Verminderung des statischen Druckes P_g^· Dadurch liegt an der Eintrittsvorriehtung 9 jeder Stufe 5 ein wesentlich niedrigerer Druck vor, als bei der Austragvorrichtung 10 der jeweilig in Strömungsrichtung folgenden Stufe 5· Durch f'.iese Druckdifferenz ist es möglich, eine Rückforderung der beim Verfahrensschritt Abscheidung abgeschiedenen schwereren Phase 2 im Gleichstrom mit einem Volumenanteil der leichteren Phase 1 im Rückförderraum 4 mit der für die Durchführung des Hochgeschwindigkeitsprozesses, der aus den Verfahrensschritten Zerteilung a, Transport b, Abscheidung c und Austragung d der schwereren Phase 2 im Gleichstrom im Kontaktierungsraum 3 besteht, erforderlichen hohen Geschwindigkeit vorzunehmen. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der dynamische Staudrack an der Austragvorrichtung 10 zur zusätzlichen Erhöhung des Rückforderdruckes genutzt,-Damit ist es ■ möglich, die notwendigen Verfahrensschritte a bis d ohne zusätzliche maschinentechnische Einrichtungen, wie z.B. Pumpen, Zentrifugen und dergleichen zu realisieren.

lerner zeigt Pig« 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung, in der drei düsenförmige Einbauten 6 übereinander angeordnet sind. Eine gemeinsame Wand 11 trennt Eintritts- und Austragvorrichtung 9» 10 im Bereich eines düsenförmigen Einbaus 6 voneinander. Die Rückforderungsräume 4 liegen außen. Die Austragvorrichtung 10 ist kammerartig gestaltet und besteht aus der gemeinsamen Wand 11, dem unterbrochenen Rand 16 des Kontaktierungsraumes 3 und dem Anfangsteil des Randes 12 des RückfOrderungsraumes 4. Die Eintrittsvorrichtung 9 mündet am engsten Gebiet 8 des düsenförmigen Einbaus 6 in den Kontaktierungsraum 3 und wird durch die Düsenwand, die gemeinsame Wand 11 und einen Teil des Randes 12 des Rückförderungsraumes 4 -gebildet. Zwischen Eintritts- und Austragvorrichtung 9

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könner im Kontaktierungsraum 3 "bekannte Verwirbelungs elemente (Vorsprünge, Laschen, stehende Schrauben, "»eiS-achaufeln) und bekannte Abscheideelenjente (Leitschaufeln, steher.de Schrauben, jalousie- oder wellblechartige Einbauten) eingesetzt werden.

In Fig, 2, ist ein düsenförmiger Einbau 6 dargestellt, dessen sich erweiternder Teil stufenförmig gestaltet ist und kamm- oder säge zahnartige in den Kontaktier j ,;-;..« raum Z hineinragende Kanten 14 besitzt. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Einrichtung mit mehreren im Wechsel gespiegelt versetzt übereinander und gespiegelt nebeneinander angeordneten düsenförmis^n Einbauten 6. Hierbei werden die übereinanderliegenden Kontal·:tierungsräume 3 der einzelnen Stufen 5 vorwiegend durch die Düsenwände voneinander getrennt. Zwei nebeneinander liegende gespiegelte düsenförmige Einbauten 6 haben einen gemeinsamen Rückförderungsraum 4. Um Quervermischung zu vermeiden, kann eine vollständige Trennung der Rückförderungsräume 4 vorgesehen werden« An der tiefsten Stelle der Düsenwand werden Ventile eingesetzt* die sich bei zu geringer Belastung beim Anfahren selbsttätig öffnen.

Figur 4 zeigt als Ausschnitt aus Figur 3 die Gestaltung der kammerartigen Austragsvorrichtung 10, die hier mit mahreren übereinander angeordneten, gegen die Strömungsrichtung gerichteten Austragöffnungen 17 versehen ist« Die A us trag öffnung en 17 befinden sich im Düseneinlauf In der Düsenwand, die gleichzeitig äußerer Rand 1Ga des Kontaktierungsraumes 3 ist. An die EintrittsvorrrW.-^ tung 9 schließt sich die bis zum äußeren Rand 16a des Kontaktierungsraumes 3 der übernächsten Stufe 5 reich. ;_tde Wand 13 an (siehe dazu Pig· 3). Sie ist hier so gestaltet, c-aß die kontaktierenden Phasen eine beträchtliche Umler/iung erfahren. Zur Zerteilungserleichterung sind an de:* Wand kamm- oder sägezahnartige in den Kontaktierungsraum 3 hineinragende Kanten 14 angebracht. Bei der

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BAD ORIGINAL

Ausgestaltung der Einrichtung gemäß Figur 5 verlaufen der Koiitaktierungsraum 3 und der Rückförderungsraum 4 im Wechsel unter gleichem Winkel.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der dazugehörigen Einrichtung gemäß Figur 1 ist folgende; Die schwerere Phase 2 tritt unter dem Einfluß des Rückförderdruckes Cp durch die Eintrittsvorrichtung 9 in den Kontaktierungsraum' 3 an dem -engsten Gebiet 8 des düsenförmigen Einbaus 6 ein. Dabei wird der Rückförderdruck

&pf durch die örtliche Geschwindigkeitserhöhung der leichteren Phase 1 in der Vorrichtung selbst erzeugt. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit bedingt eine große Turbulenz, die noch zusätzlich durch erfindungsgemäße Einbauten gemäß Figur Z\ 3? i\\ weiter erhöht wird, so daß eine intensive Zerteilung der schwereren Phase 2 erfolgt. Diese intensive Zerteilung ermöglicht geringe Verweilzeiten für den Stoffaustausch, d«h, die Bauhöhen der Einrichtung je Stufe 5 liegen gegenüber bekannten niedriger* Der Phasenkontakt wird noch dadurch effektiver, daß eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen leichterer und schwererer Phase 1; 2 beim Eintritt in den Kontaktierungsraum 3 besteht, so daß neben der intensiven Oberflächenvergrößerung sehr dünne Diffusionsgrenzschichten entstehen.

Im nachfolgenden Transport erreichen die kleinen Tröpfchen der schwereren Phase 2 auf kurzer·Laufstrecke nahezu die Gasgeschwindigkeit, wodurch wiederum die erforderliche Bauhöhe der Einrichtung gering wird. Im Anschluß an den Gleichstromtransport, während dem der Triebkraft- · abbau erfolgt, wird die'Abscheidung mit bekannten Abscheideelenenten zum Rand 16 oder in die Randnähe des Kontaktierungsraumew 3 im Gleichstrom eingeleitet. Der am Rand '16 dee Kontaktierungsraumes 3 abgeschiedene Steigfilm oder vandnahe Spray wird im Gleichstrom zur Austragvorrichtung 10 transportiert und von dort unmittelbar in aeii Rückförderungsraum A geführt und in diesem im "Gleichstrom mit einem Anteil an leichterer Phase 1 zur

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nächst tieferen Stufe rückgefördert, Daiait wird ein dynastisches Verhalten und ein minimales hold-up der schwerere» Phase 2 in der gesamten Einrichtung erreicht mit weiteren Vorteilen für dynamisches Verhalten und «yclische Fahrweise.

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Claims

- 9 Patentansprüche

(t) Verfahren zur Realisierung mehrstufiger Hochgeschwindigkeitsprozesse, 25.B, Rektifikation, Absorption, flüssigflüssig-Extraktion, Naßentstaubung und direkter Wärmeaustausch» bestehend aus den Verfahrensschritten Zerteilung a, Transport b, Abscheidung c, Austragung d der schwereren Phase im Kontaktierungsraum und Rückforderung e der schwereren Phase im Rückführraum, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktierenden Phasen (1; 2) sowohl bei den Verfahrensschritten a bis d im Kontaktierungsraum (3) als auch bei dem Verfahrensschritt e im Rückförderungsrauia (<+) ausschließlich im Gleichstrom geführt werden, wobei der Volumenanteil der leichteren Phase (1) im KontaV--tierun^sraum (3) wesentlich größer als der Volumenanteil der leichteren Phase (1) im Rückförderungsraum (4) ist und daß die Strömung im Kontaktierungsraum (3) durch örtliche Geschwindigkeitserhöhung beim Verfahrensschritt a die zur Rückforderung der schwereren Phase (2) im Gleichstrom mit einem Volumenanteil der leichteren Phase (1) im Rückförderungsraum (4) vom Verfahrensschritt d jeder Stufe (5) zum Verfahrensschritt a der jeweils nächettieferen Stufe (5) notwendigen statischen Druckunterschiede, die durch den Staudruck beim Verfahrensschritt d vetatärkt werden, selbständig aufbaut.

2# Einrichtung 2ur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Kolonnen in Form von Boden-, Packungs-, Rohr«- und Schachtkonstruktionen, in denen Düsen, Umlenkbleche uufL/ oder stehende Schrauben, Abscheideelemente, Austrageleraente und Rückführkanäle angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontaktierungsraura (3) jeder Stufe (5) ein düsenförmiger Einbau (6) in Strömungsrichtung angeordnet ist, der an seinem Einlauf (7) mit einer Ar.stragvorrichtung (10) und an seinem engsten Gebiet (8) alt einer Eintrittsvorrichtung (9) versehen ist, und daß die Austrag- und Eintrittsvorrichtung (1Oi 9)

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außerhalb des düsenförmigen Einbaus (6) nur durch eine vom Hand (16) des Kontaktierungsraumes (3) bis zum Ec..d (12) des Rückförderungsraumes (4) reichende gemeinsame Wand (11) voneinander getrennt sind und daß die Austracvorriciitungen (10) jeder Stufe 5 mit den Eintrittsvorrichtungen 9 der jeweiligen nächsttieferen Stufen mit einen oder mehreren Rückförderungsraum/räumen (4) direkt verbunden sind,

3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Fortsetzung der Eintrittsvorrichtung (9) in Strömungsrichtung gleichförmig oder stufenartig verlaufende, sich voneinander entfernende, bis an den Rand (16) des Kontaktierungsraumes (3) reichende Wände (13) angeordnet» an denen quer zur Strömungsrichtung kaum- oder sSgeaahnartig in den Kontaktierungsraum (3) hineinragend© Kanten (14) angebracht sind. .

4. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende düsenförmige Einbauten (6) , im Wechsel winklig zur Strömungsrichtung und/oder veraetsst bzw· gespiegelt versetzt zueinander angeordnet sind und ds B auch der Rückförderungsraum (4) erf order lic'nenfalls so verläuft»