DE2417918B2

DE2417918B2 - Dampf-Flüssigkeits-Scheider

Info

Publication number: DE2417918B2
Application number: DE2417918A
Authority: DE
Inventors: James Owen Friendswood Nye; Miguel Angel Texas City Salabarria; David Hasting Alvin Westmoreland
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1973-04-12
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1978-11-09
Also published as: NL7404794A; JPS5714884B2; IT1007864B; NL180384B; NL180384C; US3826064A; AU6783374A; FR2225190A1; BR7402906D0; JPS5052669A; CA1019254A; SU505333A3; DE2417918C3; GB1465356A; DE2417918A1; FR2225190B1; BE813593A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampf-Flüssigkeits-Scheider mit einem senkrecht angeordneten, zylindrischen Scheiderbehälter, einer tangential in den Behälter mündenden Einlaßleitung für das zu trennende Gemisch, einer mit dem Innenraum des Behälters >-i verbundenen, an den unteren Teil des Behälters angeschlossenen Flüssigkeitsabzugsleitung und einer an den oberen Teil des Behälters koaxial dazu angeschlossenen und nach unten in den Behälter hineinragenden Dampfabzugsleitung, die oberhalb der Flüssigkeitsab- wi zugsleitung endet.

Dampf-Flüssigkeits-Scheider werden bei zahlreichen technischen Verfahren in der Erdölindustrie und der chemischen Industrie eingesetzt. Beispielsweise verwendet man Dampf-Flüssigkeits-Scheider zur Trennung ir, der aus Erdölquellen geförderten Gemische aus öl und Gas(en). Außerdem werden Dampf-Flüssigkeits-Scheider zur Trennung der bei verschiedenen chemischen Verfahren erzeugten Dampf-Flüssigkeits-Gemischströme verwendet. Ferner werden Dampf-Flüssigkeits-Scheider auch in bestimmten Verfahrensschritten eingesetzt, bei denen ein flüssiger Strom in einen unter vermindertem Druck stehenden Behälter eingespeist wird, in dem ein Teil der Flüssigkeit verdampft und von der restlichen, nicht verdampften Flüssigkeit abgetrennt wird. Derartige Behälter, die üblicherweise als Entspannungsverdampfungstanks bezeichnet werden, sind so ausgelegt, daß eine möglichst scharfe Trennung der Flüssigkeit vom Dampf erzielt wird. Bei bestimmten chemischen Verfahren ist es außerordentlich wichtig, daß keinerlei unverdampfte Flüssigkeit mit der aus dem Dampf-Flüssigkeits-Scheider abgezogenen bzw. gewonnenen Dampfphase mit übergeht. Beispielsweise ist es bei unter Verwendung homogener Katalysatoren durchgeführten chemischen Verfahren, bei denen die verwendeten Katalysatoren aus außerordentlich wertvollen b;tw. kostspieligen Stoffen, wie Platin, Palladium und dergleichen, hergestellt sein können, wichtig, daß zusammen mit dem aus einem derartigen Entspannungsveirdampfungstank gewonnenen Dampfprodukt von dem gelösten Katalysator nichts mit übergeht.

In der Regel sind Dampf-Flüssigkeits-Scheider zylindrische Behälter, in die die Beschickung tangential eingeführt wird. Durch tangentiales Einspeisen der Beschickung in den Behälter tritt keine allzu starke Turbulenz und kein übermäßiges Spritzen auf wie bei einer Einspeisung des Flüssigkeitsstroms mit hoher Geschwindigkeit auf eine Prallfläche. Der tangentiale Eintritt der Flüssigkeit in den Scheiderbehälter erzeugt eine Drallströmung, so daß die Flüssigkeit entlang der Innenwand um den Behälter kreist. Unverdampfte Flüssigkeit wird aus dem unteren Teil des Behälters abgezogen, während man den Dampf vom oberen Teil des Behälters abzieht.

Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, um die Flüssigkeitsmenge so gering wie möglich zu halten, die von dem über Kopf abgezogenen Dampf mitgeführt wird. So wurde bereits versucht, die mitgerissene Flüssigkeitsmenge durch Verwendung gefüllter Entnebelungseinrichtungen und Anwendung verschiedener Prallwände und dergleichen zu verringern. Die bislang zur Lösung dieses Problems angewandten Mittel reichten zwar in der Regel aus, um die vom Dampfprodukt mitgeführte Flüssigkeitsmenge zu verringern, genügten jedoch nicht, um das Mitreißen von Flüssigkeit vollständig auszuschließen. Wie bereits erwähnt, ist es bei bestimmten Verfahren, z. B. bei chemischen Verfahren, bei denen ein sehr wertvoller homogener Katalysator in der Flüssigkeit gelöst ist, der im Kreislauf in einen Reaktor zurückgeführt werden muß, wesentlich, daß nichts von der die gelösten Katalysatorkomponenten enthaltenden Flüssigkeit mit dem Dampfprodukt abgeführt wird.

Bei Dampf-Flüssigkeits-Scheidern, in denen die Flüssigkeit die Wände des Scheiders schraubenförmig umläuft, wird ein besonderes Phänomen beobachtet, das sich am besten als »Kriecheffekt« beschreiben läßt, weil ein dünner Film der Flüssigkeit allmählich an den Wänden des Scheiderbehälters hochkriecht, bis er die Oberseite des Behälters erreicht und über diese dann weiter zu der am Kopf des Behälters austretenden Dampfabzugsleitung wandert. An dieser kann die Flüssigkeit dann herunterfließen, bis sie in die Dampfabzugsöffnung eintritt und von dort von dem austretenden Dampf mitgerissen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

einen Dampf-Flüssigkeils-Scheider zu schaffen, bei dem eine Neueinleitung bereits abgeschiedener Flüssigkeit in den austretenden Dampf verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Außenseite der Dampfabzugsleitung zwischen dem oberen Ende des Behälter; und dem unteren Ende der Dampfabzugsleiüing ein unter Ausbildung einer nach oben offenen Rinne sich trichterförmig erweiternd ausgebildeter Fangkragen flüssigkeitsdicht befestigt ist, und in die Rinne mindestens eine Abflußleitung mündet, deren anderes Ende an einer Stelle des Innenraumes des Behälters mündet, welche tiefer als die Mündung der Dampfabzugsleitung und im Abstand davon liegt. Dadurch wird die Flüssigkeit, die über die Benetzungswirkung an den Wänden des Scheiderbehälters hoch und über die Innenseite des Deckels des Behälters zu der sich nach unten in den Behälter hineinerstreckenden Dampfabzugsleitung kriecht, in der von der Außenwand der Dampfabzugsleitung und dem Fangkragen gebildeten Rinne aufgefangen und kann durch die AKlußleitung unter der Schwerkrafteinwirkung restlos aus dieser Rinne an eine Stelle in dem Behälter abfließen, die vom unteren Ende der Dampfabzugsleitung entfernt angeordnet ist.

Es ist zwar bei einem Trennbehälter, welcher zur Begünstigung des Trennergebnisses in mehrere übereinanderliegende Trennkammern aufgeteilt ist, an sich bekannt, jeweils an dem Boden der Trennkammern Fangrinnen auszubilden, aus denen die Flüssigkeit über gesonderte Abflußleitungen abgeleitet wird (US-PS 22 21 989). Hierdurch soll jedoch erreicht werden, daß die durch die Trennwirkung in den Kammern jeweils abgeschiedene Flüssigkeit schnell aus jeder Stufe des Scheiders abgezogen wird, so daß sie nicht weiter im Kontakt mit dem Gas verbleibt. Es wird somit nicht das Problem gelöst, an den Behälterwänden hochkriechende Flüssigkeit daran zu hindern, in die untere Mündung der Dampfabzugsleitung einzutreten.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist unter dem Fangkragen eine sich nach unten trichterförmig erweiternde Tropfblende an der Außenseite der Dampfabzugsleitung angeordnet. Hierdurch wird Flüssigkeit, die von den oberen Wänden des Scheiderbehälters abspritzt oder abtropft und nicht in dem Fangkragen aufgefangen wird, nach unten und vom offenen Ende der Dampfabzugsleitung weggeführt, worauf sie vom Rand der Tropfblende abtropft und in die im unteren Teil des Scheiderbehälters befindliche Flüssigkeit zurückfällt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Dampf-Flüssigkeits-Scheiders, von dem der obere Teil des Scheiderbehälters weggeschnitten ist, so daß die im oberen Teil des Behälters angeordnete Dampfabzugsleitung und die zugehörigen Einrichtungen zu sehen sind;

Fig.2 eine perspektivische Ansicht des oberen Teils eines Dampf-Flüssigkeits-Scheiders, wobei ein Teil der Scheiderbehälterwand weggeschnitten ist, so daß die sich nach unten erstreckende Dampfabzugsleitung und die zugehörigen Einrichtungen freiliegen (von einem Standpunkt aus gesehen, der etwas höher und etwas weiter rechts als der für die F i g. 1 gewählte Standpunkt liegt, um die in der Wand der Dampfabzugsleitung zum Abziehen der sich in der ringförmigen Rinne ansammelnden Flüssigkeit vorgesehene Mündungsörfnung /eigen zu können) und

Fig. J eine Querschnittsansicht des oberen Teils eines Dampf-Flüssigkeits-Scheiders, die die Quer· schnittsansicht des Kopfteils des Srheidcrbehäliers mit der sich nach unten in diesen hineinerstreckenden Dampfabzugsleitung und den dieser zugeordneten Einrichtungen wiedergibt.

Der in der Zeichnung wiedergegebene Dampf-Flüssigkeits-Scheider weist als Scheiderbehälter I (nachstehend kurz als »Behälter 1« bezeichnet) einen zylindrischen Behälter auf. in dessen unteren Teil eine Einlaßleitung 2 angeordnet ist. Der Deckel und der Boden des Behälters 1 sind in der Regel gewölbt bzw. schüssclförmig oder halbkugelig ausgebildet, jedoch können in einigen Fällen auch Behälter 1 mit flachem Deckel und/oder Boden verwendet werden. Der Behälter 1 ist vorzugsweise so angeordnet, daß seine Längsachse im wesentlichen senkrecht steht. Die Einlaßleitung 2 ist so angeordnet, daß durch sie in den Behälter 1 eingespeiste Flüssigkeit tangential zu den Wänden des Behälters eingeführt und dadurch eine Drallbewegung erzeugt wird, mit der die Flüssigkeit um die Innenwände des Behälters 1 fließt. Der tangentialc Eintritt der Beschickung erhöht die Wirkung der Dampf-Flüssigkeits-Trennung und führt auch zu einer Verringerung des Spritzens, Schäumens und extremer Turbulenz der Flüssigkeit. In der Zeichnung ist nur der Einfachheit halber eine Ausführungsform wiedergegeben, bei der die Einlaßleitung 2 im unteren Teil des Behälters 1 in diesen eintritt. Die Einlaßleitung 2 kann jedoch an fast jedem beliebigen Punkt der senkrechten Wände des Behälters 1 in diesen eintreten, wenn sie nur so geführt bzw. angeordnet wird, daß durch die Flüssigkeitseinspeisung ein Dralleffekt erzielt wird. In einigen Fällen kann es sogar wünschenswert sein, die Beschickung in der Nähe des Kopfes des Behälters 1 einzuspeisen und um dessen Wände schraubenförmig nach unten fließen zu lassen, um eine bessere Dampf-Flüssigkeits-Trennung zu erzielen. Bei normalem Betrieb wird im Behälter 1 ein bestimmter Flüssigkeitsspiegel 3 aufrechterhalten. Im unteren Teil des Behälters 1 ist zum Abziehen von flüssigem Produkt aus der Trennzone eine Flüssigkeitsabzugsleitung 4 angeordnet. Die Flüssigkeitsabzugsleitung 4 kann an einer beliebigen Stelle im Behälter 1 angeordnet werden, sofern ihre öffnung unter dem Flüssigkeitsspiegel 3 im Behälter 1 liegt.

Im oberen Teil des Behälters 1 ist eine Dampfabzugsleitung 5 angeordnet, die sich nach unten in den Innenraum des Behälters 1 hineinerstreckt. Vorzugsweise wird die Dampfabzugsleitung 5 so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen senkrecht längs de Achse des Behälters 1 nach unten erstreckt. In einigen Fällen kann die Dampfabzugsleitung 5 auch an einer anderen Stelle als in der Achse des Behälters 1 angeordnet werden, sofern sie sich nur im wesentlichen senkrecht vom Kopf des Behälters 1 nach unten wegerstreckt. Am unteren Ende der Dampfabzugsleitung 5 sind geeignete öffnungen vorgesehen, um aus dem Innenraum des Behälters 1 abzuziehenden Dampf eintreten zu lassen und über Kopf zu einer zweckentsprechenden Dampfwiedergewinnungs- und -behandlungseinrichtung (nicht dargestellt) zu führen. In der Regel ist das untere Ende der Dampfabzugsleitung 5, wie in F i g. 3 gezeigt, einfach offen. An der Außenseite der Dampfabzugsleitung 5 ist an einem unter der Oberseite des Behälters 1 und über

dom unteren offenen Ende der Dampfabzugsleitung 5 liegenden Punkt ein sich nach oben trichterförmig öffnender bzw. erweiternder, ringförmiger Fangkragen 6 angeordnet. Der Fangkragen 6 bildet somit eine ringförmige Rinne, die um die Außenseite der Dampfabzugsleitung 5 im oberen Teil des Behälteis 1 läuft. Es ist wichtig, daß die Verbindungsstelle zwischen dem unteren Rand des Fangkragens 6 und der Außenwand der Dampfabzugsleitung 5 im wesentlichen flüssigkeitsdicht ausgebildet und gehalten wird, um die an der Außenwand der Dampfabzugsleitung 5 herunterlaufende Flüssigkeit vollständig aufzufangen.

Unterhalb des Fangkragens 6 ist an der Außenwand der Dampfabzugsleitung 5 eine nach unten offene, sich trichterförmig erweiternde ringförmige Tropfblende 7 angeordnet, deren größter Durchmesser größer als der größte Durchmesser des Fangkragens 6 ist.

Wie am besten in F i g. 3 zu erkennen ist, steht die von dem Fangkragen 6 und der Außenseite der Dampfabzugsleitung 5 gebildete ringförmige Rinne mit der Abflußleitung 8 über eine Mündungsöffnung 9 in Verbindung, die sich durch die Wand der Dampfabzugsleitung 5 erstreckt. Die Abflußleitung 8 erstreckt sich vorzugsweise nach oben durch die Innenseite der Dampfabzugsleitung 5, so daß durch die Abflußleitung 8 sich in der ringförmigen Rinne ansammelnde Flüssigkeit vollständig abfließen kann. Die Flüssigkeit aus der ringförmigen Rinne fließt dabei durch die in der Wand der Dampfabzugsleitung 5 vorgesehene Mündungsöffnung 9. Vorzugsweise erstreckt sich das untere Ende der Abflußleitung 8 bis zu einem wesentlich unterhalb des offenen Endes der Dampfabzugsleitung 5 gelegenen Punkt und ist so ausgebildet und angeordnet, daß die durch die Abflußleilung 8 ablaufende Flüssigkeit nach unten und vom offenen Ende der Dampfabzugsleitung 5 weggeführt wird, an dem während des normalen Betriebs des Dampf-Flüssigkeits-Scheiders die höchste Dampfgeschwindigkeit auftritt. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, daß das untere Ende der Abflußleitung 8 in die im unteren Teil des Behälters 1 befindliche Flüssigkeit eintaucht, d. h„ daß sich die Abflußleitung 8 bis unter den normalen Flüssigkeitsspiegel 3 erstreckt. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt.

Die bevorzugten Anordnungen der Abflußleitungen 8 sind in der Zeichnung wiedergegeben. In einigen Fällen können die Abflußleitungen 8 jedoch so angeordnet werden, daß sie nicht durch den Innenraum der Dampfabzugsleitung 5 nach oben geführt sind. In diesen Fällen stehen die Abflußleitungen 8 nur einfach mit dem Innenraum des Behälters 1 einerseits und der von dem Fangkragen 6 und der Außenwand der Dampfabzugsleitung 5 gebildeten ringförmigen Rinne durch eine öffnung im unteren Teil des Fangkragens 6 andererseits in Verbindung.

Bei dem Dampf-Flüssigkeits-Schcider können — müssen aber nicht — längs der Außenwand der Dampfabzugsleitung 5 an einer zwischen der Innenseite des Kopfteils des Behälters I und dem Fangkragen ( gelegenen Stelle Leitwände 10 angeordnet werden Durch die Leitwände 10 wird der Drall der um di( Außenseite der Dampfabzugsleitung 5 fließendet Flüssigkeit vermindert, so daß die Flüssigkeit leichter ii die zwischen der Wand der Dampfabzugsleitung 5 unc dem Fangkragen 6 ausgebildete Rinne abfließen kann.

In der Praxis ist es wesentlich, daß mindestens eins Abflußleitung 8 vorgesehen ist, die eine offene Verbindung zwischen den durch den Fangkragen 6 unc der Außenwand der Dampfabzugsleitung 5 gebildeter ringförmigen Rinne und einem Punkt des Innenraum: des Behälters 1 bildet, der wesentlich unterhalb des unc entfernt von dem offenen Ende der Dampfabzugslei tung 5 liegt. Gewünschtenfalls können mehren Abflußleitungen 8 vorgesehen werden, um die sich ir der ringförmigen Rinne ansammelnde Flüssigkei abzuführen. Vorzugsweise wird das untere bzw Auslaßende der Abflußleitung 8 so angeordnet, daß es it der Nähe der Seitenwand des senkrechten Behälters 1 liegt, so daß es weiter von der vertikalen Achse de; Behälters 1 wegliegt, als das obere bzw. Einlaßende dei Abflußleitung 8.

Die schräge Wand des Fangkragens 6 soll Vorzugs weise um nicht mehr als 60° gegen die Vertikale geneig sein. Die genaue Neigung im Einzelfall ist jedoch eine Sache der Wahl und kann in Abhängigkeit von dei Stärke des Dralleffekts im Scheider variieren. Nor malerweise ist es in der Praxis nicht erforderlich, daC der obere Rand des Fangkragens 6 mehr als etwa 5 bi; 7,5 cm von der Außenseite der Dampfabzugsleitung 5 absteht. Es ist jedoch sehr wichtig, daß die einzige(n öffnung(en) in der Wand der Dampfabzugsleitung i innerhalb des Behälters 1 und über der Tropfblende 7 die Mündungsöffnung(en) 9 ist bzw. sind, an die di< Abflußleitung(en) 8 angeschlossen ist bzw. sind.

Die ringförmige Tropfblende 7 sollte in einem Winke von mindestens 30° gegen die Horizontale nach unter geneigt sein, um flüssiges Material wirksam nach unter und aus dem Bereich hoher Dampfgeschwindigkei wegzuleiten, die am offenen Ende der Dampfabzugslei tung 5 im oberen Teil des Behälters 1 auftritt.

Für normale Betriebsbedingungen ist es erwünscht daß der größte Durchmesser der Tropfblende 7 mindestens zweimal so groß ist wie der Durchmesset der Dampfabzugsleitung 5.

Die verschiedenen Teile des Dampf-Flüssigkeits Scheiders können aus jedem beliebigen Materia hergestellt sein, das entsprechende physikalische unc chemische Eigenschaften besitzt, um den Umgebungs bedingungen standhalten zu können, denen die betref fenden Teile beim Dampf-Flüssigkeits-Trennvorgang ausgesetzt sind. So können in bestimmten Fällen bzw für bestimmte Trennungen hochlegierte Materialien erforderlich sein, wenn die Flüssigkeit und/oder dei Dampf korrosive Stoffe enthalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oampf-Flüssigkeits-Scheider mit einem senkrecht angeordneten, zylindrischen Scheiderbehälter, ", einer, tangential in den Behälter mündenden Einlaßleitung für das zu trennende Gemisch, einer mit dem Innenraum des Behälters verbundenen, an den, unteren Teil des Behälters angeschlossenen Flüssigkeitsabzugsleitung und einer an den oberen κι Teil des Behälters koaxial dazu angeschlossenen und nach unten in den Behälter hineinragenden Dampfabzugsleitung, die oberhalb der Flüssigkeitsabzugsleitung endet, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Dampfabzugsleitung (5) zwischen dem oberen Ende des Behälters (1) und dem unteren Ende der Dampfabzugsleitung (5) ein unter Ausbildung einer nach oben offenen Rinne sich trichterartig erweiternd ausgebildeter Fangkragen (6) flüssigkeitsdicht befestigt ist, und in die Rinne mindestens eine Abflußleitung (8) mündet, deren anderes Ende an einer Stelle des Innenraumes des Behälters (1) mündet, welche tiefer als die Mündung der Dampfabzugsleitung (5) und im Abstand davon liegt. 2^r>

2. Scheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (8) innerhalb der Dampfabzugsleitung (5) angeordnet und ihr in die Rinne mündendes Ende flüssigkeitsdicht über eine in der Wand der Dampfabzugsleitung (5) in der Nähe 3d des unteren Teils der Rinne ausgebildete Mündungsöffnung (9) an die Rinne angeschlossen ist, und daß das andere Ende der Abflußleitung (8) in der Nähe der Innenwand des Behälters (1) mündet.

3. Scheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch J3 gekennzeichnet, daß an der Dampfabzugsleitung (5) zwischen der Innenseite der Deckelwand des Behälters (1) und dem Fangkragen (6) senkrechte, radial von der Dampfabzugsleitung (5) abragende Leitwände (10) angeordnet sind.

4. Scheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Dampfabzugsleitung (5) zwischen deren unterem Ende und dem Fangkragen (6) eine sich nach unten trichterförmig erweiternde, ringförmige Tropfblen- -r> de (7) befestigt ist, deren größter Durchmesser größer als der Durchmesser des Fangkragens (6) ist.