DE2552592A1 - Kontaktvorrichtung fuer fluessigkeiten und daempfen oder gase zur stoffuebertragung bei hohen dampf- oder gasgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

VBB Maschinen- und
Apparatebau Grinmia

24 G r i tn.m a

!ähnhofstr. 3-5

Kontaktvorrichtung fuer Fluessigkeiten und Daempfe oder Gase zur Stoffuebertragung bei hohen Dampf- oder Gasges chwindigkei t en

Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung fuer Fluessigkeiten und Daempfe oder Gase zum Zwecke der Stoffuebertragung bei Stoffaustauschprozessen, wie Destillation, Rektifikation, Absorption und Desorption, wobei die Stoffuebertragung unter hohen Dampf- oder Gasgeschwindigkeiten erfolgt.

Die bisher bekannten Bodenkolonnen arbeiten vorzugsweise so, dass auf einen Boden Fluessigkeit und Dampf miteinander in Kontakt gebracht werden. Bei diesem Prozess laesst sich infolge der Art der Ausfuehrung herkoemmlicher, horizontal uebereinander, ueber den gesamten Querschnitt der Kolonne angeordneter Boeden eine gleichsinnige Stroemung von Fluessigkeit und Dampf oder Gas unter hohen Dampfgeschwindigkeiten nicht realisieren. Durch die Zwangsbedingung, dass der Dampf beim Aufwaertsstroemen von einem Boden zum naechsten Boden moeglichst wenig Fluessigkeit mitfuehren und mitreissen darf, sind ohne eine Verschlechterung des Stoff- und Waermeaustausches nur maessige Dampfgeschwindigkeiten moeglich.

Nach dem BRD-Patent Hummer 2 220 868 wird beschrieben, wie durch den zusaetzlichen Einbau von Drahtgestrickpaketen zwischen zwei Boeden die Dampfgeschwindigkeit gegenueber den bisher bekannten Sieb- und Glockenboeden um 70 % gesteigert werden kann.

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Diese zusaetzlichen Drahtgestrickpakete in einfacher Weise mit herkoemmlichen Austauschboeden kombiniert, werden so an sich kreuzenden, in der Kolonne befestigten Staeben aufgehaengt, dass die Drahtgewebe an einzelnen Punkten oder Linien nach unten durchhaengen. Mit dem grundsaetzlichen Aufbau solcher Boden-Drahtgewebeeinbauten wird eine Erhoehung der Trennleistung erreicht, weil ein Mitreissen des Fluessigkeitsstromes von einem Boden zum naechsthoeheren weitgehendst eingeschraenkt ist.

Ein entscheidender Nachteil hierbei ist aber, dass die in ' den Drahtgestrickpaketen abgeschiedene iTuessigkeit entgegengesetzt dem aufwaertsstroemenden Dampf nach unten abtropft, Mit dieser Loesung laesst sich somit eine in sich geschlossene Stroemung von Dampf und Fluessigkeit in einem bestimmten Bereich ohne durch stoerende Effekte, zum Beispiel abtropfende Daempfe, negativ beeinflusst zu werden, vornehm-' lieh bei hoeheren Dampfgeschwindigkeiten nicht realisieren/ Daraus resultiert eine Einschraenkung der Trennleistung sowie eine Begrenzung der Dampfgeschwindigkeit.

Weiterhin sind verschiedene Loesungsprinzipien bekannt, die Fluessigkeit und Dampf in gleicher Richtung mit hohen Dampfgeschwindigkeiten zuleiten, wobei das Dampf-Fluessigkeitsgemisch den auf den Boeden befindlichen rohrfoermigen Kontaktanordnungen zugefuehrt wird. Die Kontaktanordnungen verfuegen in ihrem Inneren ueber stationaere Fluegelraeder als Umlenkorgane, die in Betrieb eine Zentrifugalwirkung hervorrufen. Beim gemeinsamen Durchstroemen von Fluessigkeit und" Dampf in der Kontaktanordnung werden diese hier unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft in geeigneter Weise getrennt. Als Beispiel fuer derartige Vorrichtungen seien das USA-Patent 2 808 897 sowie die niederlaendischen Patente 6 407 227 und 6 502 450 genannt.

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Solche Vorrichtungen konnten eich jedoch bisher fuer eine wirtschaftliche !Nutzung in der Industrie nicht durchsetzen, da die technischen Aufwendungen fuer diese Abscheidungsprozesse zu gross sind.

Durch die reduzierte Oberflaeche der JPluegelraeder kommt es ausserdem zu einer schnelleren Einstellung des Gleichgewichtes zwischen Dampf und Fluessigkeit, so dass kein intensiver Austausch moeglich ist, was sich wiederum nachteilig auf den Stoff austausch auswirkt.

Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kontaktvorrichtung, mit der durch hohe Dampfgeschwindigkeiten der Durchsatz pro Flaecheneinheit gegenueber den bisher bekannten Eontaktvorrichtungen wesentlich gesteigert wird, die Stoffuebertragung zwischen fluessiger und dampffoermiger Phase gut iBt und durch Vermeiden starker Richtungsaenderungen des Dampfes die Druckverluste moeglichst gering gehalten werden«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch die Anordnung geeigneter Einrichtungen Fluessigkeit und Dampf unter hohen Dampfgeschwindigkeiten dispergieren zu lassen, so dass KLuesBigkeit und Dampf zunaeohst in gleichsinniger Bewegung aufwaertsstroemen, dann durch zweckentsprechende Mittel voneinander getrennt werden, indem die Fluessigkeit, ohne erneut mit den aufwaertsstroemenden Phasen wieder in Kontakt zu geraten, nach unten zurueckgeleitet wird, waehrend der Dampf ohne nennenswerte Umlenkung nach oben abstroemt.

Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, indem die horizontal sich ueber den gesamten Querschnitt der Kontaktvorrichtung erstreckenden Dispergiervorrichtungen keine offene Verbindung zu senkrecht zum Querschnitt angeordneten Plues-Bigkeitsablaufschaeohten besitzen und nur die oberhalb der

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Dispergiervorrichtungen angebrachten geneigten Drahtgestrickpakete· mit ihren Unterkanten fluessigkeitsleitend mit den FluesGigkeitsablaufschaechten verankert sind. Die Dispergiervorrichtungen haben vorzugsweise ein Oeffnungsverhaeltnis von 15 bis 50 %.

Eine wesentliche konstruktive Eigenart der erfindungsgemaessen Loesung besteht ausserdem darin, dass die AbIaufschaechte von den Zulaeufen nicht nur die den Drahtgestrickpaketen unmittelbar folgende Dispergiervorrichtung, sondern gleichermassen die jener Dispergiervorrichtung direkt von unten zugeordneten Drahtgestrickpakete an ihren Kaemmen durchdringen, waehrend die AbIaufschaechte selbst mit ihren Auslaeufen offen auf einer weiteren parallelen Dispergiervorrichtung in einem Flüssigkeitsverschluss muenden. Dabei sind die Ablaufschaechte von Drahtgestrickpaket zu Drahtgestrickpaket in der Vertikalen versetzt zueinander angeordnet. Die Ablaufschaechte koennen mit an der Kolonneninnenwand befestigten Ringsegmenten zusaetzlich wahlweise verbunden werden.

Des weiteren liegt es im Sinne der Kontaktvorrichtung, die Oeffnungen der Dispergiervorrichtungen je nach Anwendungsfall in geeigneter geometrischer Form, auch in geneigter Anordnung ' auszufuehren, wobei die Oeffnungen selbst durch feste oder bewegliche Elemente abgedeckt sein koennen.

Durch die spezifische Anordnung von Dispergiervorrichtungen, Drahtgestrickpaketen und AbIaufschaechten wird es moeglich, in diesem Bereich die Stoffuebertragung zwischen Dampf und Fluessigkeit unter hohen Dampfgeschwindigkeiten im Gleichstrom zu realisieren. Die Fluessigkeit wird innerhalb jenes Prozesses durch die auftretende Prallwirkung in den Drahtgestrickpaketen abgeschieden, nach unten in den AbIaufschaechten zurueckgefuehrt und durch die spezifische Anordnung von Drahtgestfickpaketen mit den AbIaufschaechten nicht wieder mit der

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zwischen Drahtgestrickpaket und Dispergiervorrichtung vorliegenden Stroemung in Kontakt gebracht. Die dampffoermige Phase stroemt somit ohne Umlenkung zur naechsten Dispergiervorrichtung und wird am Kolonnenkopf nach Passieren des Systems abgefuehrt.

Die Erfindung soll nun an einem Ausfuehrungsbeispiel naeher erlaeutert werden. Dabei stellen darj

Fig. 1 j Laengsschnitt durch die Kontaktvorrichtung mit 4 Dispergiervorrichtungen;

Fig. 2j Draufsicht gemaess Fig. 1, Schnitt A-A sowie B-B, ohne Darstellung einer Vorbindungsmoeglichkeit der Ablaufschaechte;

Fig. 3: Laengsschnitt einer Dispergiervorrichtung mit geneigten Oeffnungen;

Fig. 4i Draufsicht gemaess Fig. 1, Schnitt B-B mit Darstellung der Verbindrmgsmoeglichkeit der AbIaufschaechte mit Ringsegmenten;

Fig. 5t Draufsicht gemaess Fig. 1, Schnitt C-C mit Darstellung der Verbindungsmoeglichkeit der Ablaufschaechte mit Ringsegmenten.

Die Kontaktvorrichtung baut im wesentlichen auf einer in einer Kolonne befestigten unterschiedlichen Anzahl von Dispergiervorrichtungen 1 mit einem grossen Oeffnungsverhaeltnis, vorzugsweise 15 bis 50 % auf, welche in diesem Zusammenhang ueber horizontal angebrachte Oeffnungen beliebiger geometrischer Form, beispielsweise Schlitze mit 3 bis 6 mm Breite oder kreisrunde Loecher, verfuegen. Je nach Anwendungsfall

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lassen sich jene Oeffnungen durch darueber angeordnete feste oder "bewegliche Elemente teilweise abdecken. Des weiteren ist es moeglich, die Oeffnungen mit einer Neigung auszufuehren (Fig. 3).

Parallel zu den Dispergiervorrichtungen 1 befinden sich in einem bestimmten Abstand Drahtgestrickpakete 2, welche um einen Winkel Alpha zur Horizontalen von 3° bis 75 Grad zu den waagerecht angeordneten Dispergiervorrichtungen 1 geneigt sind und eine Hoehe von 10 bis 150 mm, vorzugsweise 30 bis 80 mm, aufweisen. Die Drahtgestrickpakete 2 setzen sich aus mehreren Lagen Draht, die in der Regel mit einem mittleren Abstand von 1 bis 3 mm einzeln uebereinandergelegt werden, zusammen.

Jene Drahtgestrickpakete 2 verfuegen allein an ihren unteren Kanten 3 ueber eine offene Verbindung zu den Ablaufs cha echt en 5» wogegen letztere selbst ohne eine Verbindung die dem Drahtgestrickpaket 2 nachgeordnete Dispergiervorrichtung 1 sowie das darunter befindliche Drahtgestrickpaket 2 an den oberen Kanten 4 durchdringen. Zur Rueckfuehrung der Fluessigkeit muenden somit die AbIauf3chaechte 5 nicht auf der dem Drahtgestrickpaket 2 unmittelbar von unten zugeordneten Dispergiervorrichtung 1, sondern auf der darunter befindlichen Dispergiervorrichtung 1 in einem Fluessigkeitsverschluss 6, so dass von dort die Fluessigkeit ueber die Zulaufwehre 7 auf der Dispergiervorrichtung 1 zur Verteilung kommt. Die Zulaufwehre 7 koennen an ihrer oberen Kante gezackt ausgefuehrt sein. Zur besseren Vermischung der Fluessigkeit hat sich eine Verbindung der Ablaufs cha echte 5 mit den unmittelbar 6n der Kolonnenwand befestigten Ringsegmenten 8 gemaess Fig. 4 beziehungsweise Ringsegmenten 8 gemaess Fig. 5 als zweckmaessig erwiesen.

Die Arbeitsweise der Kontaktvorrichtung gestaltet sich durch die spezifische Koppelung von Dispergiervorrichtung 1, •Drahtgestrickpaketen 2 mit den Ablaufschaechten 5 wie folgtj

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Unter einer vorgegebenen hohen Dampfgeschwindigkeit, vorzugsweise 3 bis 15 ms Dampfgeschwindigkeit im freien Querschnitt der Kolonne, wird bei atmosphaerischem Druck sowie dem vorgegebenen Oeffnungsverhaeltnis der Dispergiervorrichtungen 1, vorzugsweise 15 bis 50 %, eine Dispergierung von Dampf und Fluessigkeit erreicht. Die zunaechst sich einstellende gleichsinnige Bewegung der fluessigen und dampffoermigen Phase bei hohen Geschwindigkeiten und die daraus resultierende guenstige Tropfenverteilung im Phasenstrom bedingen eine gute Stoffuebertragung.

In den den Dispergiervorrichtungen 1 zugeordneten Drahtgestrickpaketen 2 werden nun die Fluessigkeitstropfen bei ihrer Aufwaertsstroemung durch die Prallwirkung der Drahtgestrickpakete 2 abgeschieden, wobei die !Neigung der Drahtgestrickpakete 2 eine Zufuehrung der Pluessigkeitstropfen nach den unteren Kanten 3 der Drahtgestrickpakete 2 erzwingt. Da, bezogen auf einen speziellen Anwendungsfall, jedes Drahtgestrickpaket 2 jedoch an der untersten Kante 3 fluessigkeitsleitend mit den AbIaufschaechten 5 verbunden ist, so kann nunmehr die Fluessigkeit innerhalb der AbI aufs cha echte 5 abfliessen, das heisst, nachdem sie die untere Kante 3 des Drahtgestrickpaketes 2 verlassen hat, passiert sie die diesem Drahtgestrickpaket 2 von unten zugeordnete Dispergiereinrichtung 1 sowie ein darunter befindliches Drahtgestrickpaket 2, um auf einer weiteren ebenfalls unter dem Drahtgestrickpaket ? angebrachten Dispergiereinrichtung 1 in einem Fluessigkeitsverschluss 6 zu rauenden.

Jene spezifische Anordnung der Ablaufschaechte 5 gewaehrleistet, dass die zurueckgefuehrte Fluessigkeit nicht wieder mit der zwischen den Dispergiervorrichtungen 1 und den Drahtgestrickpaketen 2 herrschenden Stroemung erneut in Beruehrung kommt.

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Zweckmaessigerweise lassen sich an den LIuendungsstellen der Ablaufschaeclite 5 Zulaufwehre 7 mit geraden oder gezackten Oberkanten anbringen, um so eine gleichmaessigere Verteilung der Fluessigkeit ueber die gesamte Dispergiervorrichtung 1 zu erwirken.

Die aus jedem Drahtgestrickpaket 2 bei diesem verfahrenstechnischen Ablauf austretende dampffoermige Phase stroemt ohne wesentliche Umlenkung aufwaerts und wird der naechst folgenden, darueber angeordneten Dispergiervorrichtung T zugefuehrt oder am Kopf der Kolonne ausgetragen.

Durch die Vermeidung von Richtungsaenderungen des Dampfes wird sich der Druckverlust selbst bei hohen Dampfgeschwindigkeiten mit relativ niedrigen Werten einstellen.

Eine weitere konstruktive Moeglichkeit sieht vor, durch die entsprechende horizontale Neigung der Oeffnungen in den Dispergiervorrichtungen 1 (Pig. 3) mit Hilfe des Dampfes der Fluessigkeitsstroemung eine bestimmte Bewegungsrichtung zu vermitteln. Derartig geneigte Oeffnungen fqerdern den Abtransport der Fluessigkeit von dem Auslauf her und ermoeglichen, dass ein erhoehter Fluessigkeitsanteil in den Drahtgestrick-" paketen 2 im Bereich der AbIaufschaechte 5 abgeschieden wird.

Bei paralleler Anordnung mehrerer Ablaufschaechte 5, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, kann beispielsweise zum Zwecke der Seitenstromentnahme die Fluessigkeit auf der Dispergiervorrichtung 1 nur begrenzt gemischt werden. Ein zusaetzlicher Vermischungseffekt auf der Dispergiervorrichtung 1 la es st sich in einfacher V/eise durch eine Verbindung der Ablaufschaechte 5 mit den unmittelbar an der Kolonnenwand angebrachten Ringsegmenten 8 gemaess Fig. 4 ermoeglichen. Analog kann eine Verbindung anderer parallel angeordneter Ablaufschaechte 5 gemaess Fig. 5 mit den Ringsegmenten 8 erfolgen.

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Der Vorteil der erfindungsgemaecnen Loesung coil durch, das nachstehende Anwendungsbeispiel bestaetigt werden:

Fuer eine atmosphaerische Erdoeldestillationckolonne kann, bezogen auf den freien Querschnitt in der Kolonne, bei einer Dampfdichte von 6 kg m " je nach bisher ausgefuehrter Boden-

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art eine Dampfgeschwindigkeit von maximal 1 bis 1,5ms ' gefahren werden,

IJitteis der vorgeschlagenen Kontaktvorrichtung lassen sich

1 demgegenueber Dampfgeschwindigkeiten von maximal 4 bio 3ms' im freien Querschnitt der Kolonne je nach dem zulaessigen Druckverlust realisieren. Dies bedeutet, dass bei einer Erdoelverarbeitungsanlage mit 6 Mio t Durchcetzleiotung pro Jahr, fuer die bisher in der atmosphaerischen Destillation in der Regel eine Kolonne mit 8 m Durchmesser zum Einsatz kam, die gleiche Kolonne entsprechend der Erfindung mit einem Durchmesser von 3»6 m ausgefuehrt werden kann.

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Claims (3)

1. Eontaktvorrichtung fuer Fluessigkeiten und Daempfe oder Gase zur Stoffuebertragung bei hohen Dampf- oder Gasgeschwindigkeiten, in der horizontal uebereinander, sich ueber den gesamten Querschnitt der Kontaktvorrichtung erstreckende Di spergi er einrichtungen und zwischen jeweils zwei dieser Dispergiereinrichtungen, an einzelnen Punkten oder Linien nach unten durchhaengende, aus Drahtge^trickpaketen bestehende Fluessigkeitsabscheider angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die sich ueber den gesamten Querschnitt der Kontaktvorrichtung erstreckenden Drahtgestrickpakete (2) mit senkrecht zum Querschnitt angeordneten, gleichgerichteten AbIaufschaechten (5) versehen sind, die prinzipiell mit den unteren Kanten (3) der Drahtgestrickpakete (2) fluessigkeitsleitend verbunden sind, durch die jeweils darunter befindliche Diapergiereinrichtung (1) hindurchragen, das jeweils unterhalb dieser Dispergiereinrichtung (1) angeordnete Drahtgestrickpaket (2) an seinen oberen Kanten (4) durchdringen und auf der folgenden Dispergiereinrichtung (1) in einem FluessigkeitsverSchluss (6) muenden.

2. Kontaktvorrichtung nach Anspruch"1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgestrickpakete (2), deren Drahtlagen einen mittleren Abstand von 1 bis 3 um haben, eine Hoehe von 10 bis 150 mm, vorzugsweise 30 bis 80 mm und einen Neigungswinkel Alpha zur Horizontalen von 30 bis 75 Grad haben.

3. Kontaktvorrichtung nach den Anspruechen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Kolonnenquerschnitt senkrecht angeordneten AbI aufs cha echte (5) wahlweise in an der Kolonnenwand angeordneten Ringsegmenten (8) muenden.

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Kontaktvorrichtung nach don Anspruechen 1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergiereinrichtung (1) ein Oeffnungßverhaeltnis von 15 "bis 50 fo haben.

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