DE2620848B2

DE2620848B2 - Kolonne für Wärme- und Massenaustauschprozesse zwischen Gas und Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2620848B2
Application number: DE2620848A
Authority: DE
Inventors: Ivan Petrovitsch Krasnodar Slobodjanik (Sowjetunion)
Original assignee: KRASNODARSKIJ POLITECHNITSCHESKIJ INSTITUT KRASNODAR (SOWJETUNION)
Current assignee: KRASNODARSKIJ POLITECHNITSCHESKIJ INSTITUT KRASNODAR (SOWJETUNION)
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1979-02-08
Also published as: US4065528A; GB1490779A; FR2350124B1; FR2350124A1; DE2620848A1; DE2620848C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kolonnen zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit, die als Rektifikations-, Absorptions-, Wasch- und Kontaktvertikalkolonnen genutzt werden, in denen sich die Flüssigkeit von oben nach unten bewegt und mit Gas, das in der Kolonne nach oben steigt, in Kontakt tritt.

Die Kolonne nach der Erfindung kann besonders zweckmäßig zur Trennung thermisch unbeständiger, polymerisationsfähiger und feste Polymerisationsprodukte enthaltender Gemische genutzt werden oder solcher Gemische, die zu unerwünschten chemischen Reaktionen neigen, die in ihnen vor sich gehen können, d. h. in den Fällen, wenn eine geringe Verweilzeit der Flüssigkeit im Apparat und die Verhinderung der Stauungszonen und der Verstopfung der in diesen Kolonnen verwendeten hydraulischen Verschlüsse mit Festteilchen und Polymerisationsprodukten verlangt werden. Die Kolonne kann auch zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen unter großen Flüssigkeitsbelastungen (Extraktionsrektifikation) erfolgreich verwendet werden.

Bekannt ist eine Kolonne zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit (siehe US-PS 30 45 989), die im Gehäuse übereinander aufgebaute Kontaktböden enthält, die horizontale Platten mit Schlitzen für Gasdurchfluß darstellen, wobei die Richtung des Gasaustritts aus den Schlitzen und die Flüssigkeitsbewegung auf den Nachbarböden abgewechselt wird und entweder zentrifugal (vom Zentrum zur Peripherie) oder zentripetal (von Peripherie zum Zentrum) ist; das wird durch

Leitschirme über den Schlitzen gesichert, welche die Strahlen von Gas richten. Das Gas steigt nach oben, tritt aus den Schlitzen auf dem Kontaktboden aus und reißt die Flüssigkeit, die im Apparat von oben nach unten fließt und abwechselnd zum Zentrum des Kontaktbodens und zu seiner Peripherie kommt, mit.

Die Kontaktböden sind mit Peripherie-Ringtaschen umringt, die zum Flüssigkeitsabfluß auf Kontaktböden mit zentrifugaler Flüssigkeitsbewegung und zur Aufnahme von Flüssigkeit, die vom obenliegenden Kontaktboden kommt, auf Kontaktböden mit zentripetaler Flüssigkeitsbewegung dienen. Zum Flüssigkeitsabfluß von einem obenliegenden Kontaktboden mit zentripetaler Flüssigkeitsbewegung auf einen untenliegenden Kontaktboden mit zentrifugaler Flüssigkeitsbewegung dient ein zentral gelegenes Abflußrohr, dessen oberes Ende mit zentralem Abflußbehälter auf dem obenliegenden Kontaktboden verbunden ist, und das untere Ende in den zentralen Aufnahmebehälter auf untenliegendem Kontaktboden eingeführt ist, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und einen hydraulischen Verschluß sichert Zum Flüssigkeitsabfluß von einem obenliegenden Kontaktboden mit zentrifugaler Flüssigkeitsbewegung auf den darunterliegenden Kontaktboden mit zentripetaler Flüssigkeitsbewegung dient ein Peripherie-Ringabflußrohr, dessen oberes Ende mit der Peripherie-Ringtasche des obenliegenden Kontaktbodens verbunden ist, das untere Ende aber in die Peripherie-Ringtasche auf untenliegendem Kontaktboden eingeführt ist, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und einen hydraulischen Tauchverschluß sichert.

Die bekannte Kolonne gibt die Möglichkeit, hohe Flüssigkeits- und Gasbelastungen zu nutzen; dabei wird ein hoher Phasenkontakt und eine hohe Effektivität von Wärme- und Massenaustausch zwischen den Phasen gesichert.

Aber bei bekannten Kolonnen ist keine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung im Kontaktbodenschnitt gesichert. Das führt verständlicherweise zur ungleichmäßigen Gasverteilung und zu rapider Effektivitätsverringerung der Kontaktstufen.

Außerdem bilden sich in den hydraulischen Verschlüssen der Kontaktböden genannter Kolonnen Stauungszonen, was ebenfalls zur Verringerung der Effektivität des Massenaustausches, aber auch z. B. zur Polymerisation der Trennungsprodukte und zur Verstopfung einzelner Elemente des hydaulischen Verschlusses mit Festteilchen führt. Genannte Mangel bekannter Kolonnen nehmen insbesondere mit Vergrößerung des Durchmessers der Kolonnen zu. Infolge dieser Mangel haben die genannten Kolonnen in der Industrie keine breite Anwendung gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Kolonne zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit zu schaffen, in der eine gleichmäßigere Verteilung der Flüssigkeitsschicht auf dem Kontaktboden gesichert ist, wodurch auch eine gleichmäßige Gasverteilung im Kontaktbodenschnitt und Steigerung der Effektivität des Wärme- und Massenaustausches der Kolonne gefördert wird, in der auch die Entstehung von Stauungszonen in den hydraulischen Verschlüssen der Abflußrohre vermieden und der freie Lauf von Festteilchen und Polymerisationsprodukten der zu trennenden Gemische durch das Verschlußsystem gesichert ist, was die Verstopfung der hydraulischen Verschlüsse verhindert.

Diese Aufgabe wird durch eine Kolonne mit den im

Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Kolonne gibt der Durchlauftauchverschluß, der durch zwei koaxial gelegene Ringe gebildet ist, die die Abflußrohre umfassen und wie die Abflußrohre mit e:nem gewissen Luftspalt über dem Massivteil der Kontaktbodenplatte liegen, die Möglichkeit, beim Flüssigkeitsdurchlauf durch die Abflußrohre kinetische Flüssigkeitsenergie für ihre Bewegung durch den genannten Luftspalt in Radialrichtung zum Kontaktboden auszunutzen und auf diese Wese den Höhegradienten der Flüssigkeitsschicht in Radialrichtung zu verringern, was die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung im Kontaktbodenschnitt fördert, was wiederum auch die Sicherung der gleichmäßigen Gasverteilung im Kontaktbodenschnitt und die Steigerung der Effektivität der Kontaktstufe ermöglicht

Dieser Vorteil des Durchlauftauchverschlusses wird in breiten Bereichen schwankender oder veränderlicher Flüssigkeitsbelastungen gewährleistet So fließt bei geringen Belastungen die Flüssigkeit gleichmäßig durch den Spalt zwischen dem Innenring und der Kontaktbodenplatte, bei großen Belastungen aber fließt die Flüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Innenring und der Kontaktbodenplatte über die obere Kante des Innenrings durch den Spalt zwischen dem Außenring und der Kontaktbodenplatte sowie auch über die obere Kante des Außenrings.

Bei mittleren Flüssigkeitsbelastungen fließt die Flüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Innenring und der Kontaktbodenplatte, über die obere Kante des Innenrings und weiter durch den Spalt zwischen dem Außenring und der Kontaktbodenplatte.

Die Anordnung des hydraulischen Verschlusses im Zentrum des Kontaktbodens sichert eine zentrifugale Richtung der Flüssigkeitsbewegung auf dem Kontaktboden, und es ist notwendig, daß im erfindungsgemäßen Apparat alle Konlaktböden eine zentrifugale Richtung der Flüssigkeitsbewegung auf dem Kontaktboden haben, wenn die Durchflutbarkeit des gesamten Verschlußsystems des Apparats gewährleistet sein soll.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und von Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 einen Teil der Kolonne mit Kontaktböden im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der II-lI-Linieder Fig. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der ΠΙ-ΠΙ-Linio der F i g. i in vergrößertem Maßstab,

F i g. 4 einen Schnitt nach der IV-lV-Linie der F i g. 3. Eine Kolonne zur Durchführung von Wärme- und Massenauslauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit enthält im Gehäuse 1 (Fig. 1) übereinander aufgestellte Kontaktböden 2, die eine runde norizontale Platte mit Schlitzen 3 zum Gasdurchfluß darstellen. Die Kanten der Schlitze 3 haben bogenförmige Führungsschirme 4 (Fig. 1, 2), die so angeordnet sind, daß die Gasstrahlen, die durch Schlitze 3 durchlaufen, tangential zur Kontaktbodenplatte 2 unter einem bestimmten ' Winkel zu ihrer Fläche und in einer Richtung gerichtet sind, um die Drehung des Flüssigkeitsstroms zu sichern. Aus Bequemlichkeitsgründen bei Herstellung durch Stanzenverfahren ist es zweckmäßig, Schlitze 3 (F i g. 1) mit bogenförmigen Schirmen 4 auf der Pl.ittenscheibe in · konzentrischen Kreisen anzuordnen, jedoch können sie durch ein beliebiges Verfahren hergestellt und gleichmäßig im Schnitt der Kontaktbodenplatte verteilt

werden.

Ein Kontaktboden kann ohne Führungsschirme sein, und er kann z. B. siebförrnig ausgeführt werden (ist nicht abgebildet).

Der Kontaktboden 2 wird an Halteringen 5 und 6 (F'g. 1) befestigt

Der zentrale Teil 7 der Kontaktbodenebene 2 ist massiv — ohne Schlitze 3 — ausgeführt

An der Seite des Kontaktbodens 2, der zur Flüssigkeitsaufnahme bestimmt ist, sind Prallwände 8 (Fig. 1, 2) befestigt die in Form der vom Zentrum des Kontaktbodens 2 ausgehenden Archimedischen Spiralen gebogen und in der Richtung verdreht sind, die der Richtung von Gasstrahlen — diese Richtung wird durch ' bogenförmige Schirme 4 der Schlitze 3 (Fig. 1) gesichert — und folglich der Richtung der Drehströmung auf dem Kontaktboden 2 entspricht. Diese Prallwände sichern eine gleichmäßigere Verteilung des Flüssigkeitsstroms über die Kontaktbodenplatte 2.

> Um die Kontaktböden 2 im Gehäuse 1 sind an der Wandung des Gehäuses 1 befestigte Ringtaschen 9 zur Flüssigkeitsaufnahme angebaut. An die Wandung des Gehäuses 1 sind auch Stützbalken (sind nicht abgebildet) zur Befestigung der Kontaktböden 2 und der Halteringe

> 5 und 6 angebaut. An die Ringtaschen 9, die um die Kontaktböden 2 liegen, sind die mit Ringtaschen 9 verbundenen Abflußrohre 10 starr befestigt, die zum Überlauf der Flüssigkeit aus den Ringtaschen 9 obenliegender Kontaktböden 2 in das Zentrum untenliegender Kontaktböden 2 vorgesehen sind.

Die unteren Enden der Abflußrohre 10 jedes Rohrsystems, das zum Überlauf von einem Kontaktboden 2 zum anderen dient, sind mit zwei koaxial liegenden Ringen 11 und 12(Fig. 1, 3) umringt und sind über dem zentralen Massivteii 7 der Kontaktbodenplatte 2 mit einem Spalt Z(F i g. 4) angeordnet.

Die untere Kante 13 des Innenrings 11 liegt tiefer als die untere Kante 14 der Abflußrohre 10 und tiefer als untere Kante 15 des Außenrings 12, die obere Kante 16 des Innenrings 1! aber liegt über der unteren Kante 14 der Abflußrohre 10 und unter der oberen Kante 17 des Außenrings 12, so daß beim Abfluß der Flüssigkeit durch Abflußrohre 10 hydraulischer Durchflußverschluß entsteht, wobei durch den Spalt Z zwischen Abflußrohren 10 und dem zentralen Massivteil 7 des Kontaktbodens 2 die gesamte Flüssigkeit durchgelassen wird, durch den Spalt Ζ,, zwischen dem Innenring 11 und dem zentralen Teil 7 nur ein Teil der durch Abflußrohre 10 abfließenden Flüssigkeit, durch den Spalt Z_n zwischen Außenring 12 und dem zentralen Teil 7 aber mehr Flüssigkeit durchgelassen wird als durch den Spalt Z,,.

Der Innenring 11 ist an der Kontaktbodenebene 2 mit Siäben 18 fixiert, der Außenring 12 aber ist an den Innenring 11 durch Stäbe 19 fest angebaut.

Die Arbeitsweise der vorgeschlagenen Kolonne zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit geht folgenderweise vor sich. Gas (oder Dampf), das in den Apparat von unten kommt, geht durch Schlitze 3 (Fig. 1) in der Konlaktbodenebene 2 und kon'.aktiert mit Flüssigkeit, die aus der Ringtasche 9 des oberen Kontaktbodens 2 durch Abflußrohre 10 in das Zentrum des untenliegenden Kontaktboden:, 2 gelangt und das Innenvolumen de- Innenrings 11 füllt. Ein Flüssigkeitsteil läuft durch den Spalt Zn (Fig. 4) zwischen dem Innenring 11 und dem zentralen Massivteil 7 des Kontaktbodens 2, der restliche Flüssigkeitsteil fließt über die obere Kante 16 des Innenrings Il in den ZwischenrinKraum der Ringe

11 und 12 und durch den Spalt Zn zwischen dem Außenring 12 und dem zentralen Teil 7, kommt auf die Platte des Kontaktbodens 2 und bewegt sich darauf vom Zentrum des Kontaktbodens 2 zu seiner Peripherie (Richtung der Flüssigkeitsbewegung ist in den Zeichnungen mit Pfeilen angedeutet).

Bei großen Flüssigkeitsbelastungen wird ein Flüssigkeitsteil aus dem Zwischenraumring der Ringe 11 und 12 über die obere Kante 17 des Außenrings 12 auf die Kontaktbodenebene 2 überlaufen.

Auf diese Weise wird während der Arbeit, beim Abfluß der Flüssigkeit durch Abflußrohre 10 der Innenring 11 mit Flüssigkeit gefüllt, und die Abflußrohre 10 werden in diese eingetaucht, d. h., ein hydraulischer Verschluß wird gesichert; dabei bleiben darin wegen der Durchlässigkeit dieses Verschlusses keine Fesüeiichen oder Polymerisationsprodukte zurück. Stellt man aber die Flüssigkeitszufuhr zum Kontaktboden 2 ein, fließt die Flüssigkeit von der Kontaktbodenebene 2 völlig ab. Während der Arbeit der Kolonne wird außerdem ein Teil der kinetischen Energie der aus Abflußrohren 10 abfließenden Flüssigkeit zur Geschwindigkeitserhöhung der Flüssigkeitsbewegung auf der Kontaktbodenebene 2 in Radialrichtung genutzt, wodurch die Verringerung des Höhegradienten der Flüssigkeitsschicht auf dem Kontaktboden 2 und eine gleichmäßige-, re Flüsigkeits- und Gasverteilung über den Schnitt des Kontaktbodens 2 gefördert wird, was bekanntlich zur Steigerung der Massenaustauscheffektivität der Kontaktstufen führt.
Das Ausbleiben von Stauungszonen im Durchflußsy-

i« stern des hydraulischen Verschlusses fördert bekanntlich auch die Effektivität des Massenaustausches sowie die Reduzierung der Verweilzeit der Flüssigkeit im Apparat, was unter den Bedingungen der Trennung thermisch unbeständiger und polymerisationsfähiger

ι, Gemische wichtig ist.

Die Beseitigung der Stauungszonen im Apparat und die Reduzierung der Verweilzeit der Flüssigkeit führen gleichzeitig zur Stabilisierung der Arbeitsweise des Apparats im ganzen, zur Reduzierung der Zeit der

«ι Anfahr- bzw. Abstellphase, was sich auf die Arbeitsweise des Apparats ebenfalls positiv auswirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kolonne zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom, mit im Gehäuse übereinander angeordneten Kontaktböden, welche jeweils eine horizontale Platte mit Schlitzen für den Gasdurchfluß umfassen, mit die Kontaktböden umgebenden Ringkanälen zur Aufnahme von von den Kontaktböden herunterfließender Flüssigkeit, und mit einem Abflußrohrsystem zum Überleiten von Flüssigkeit aus den Ringkanälen der jeweils obenliegenden Kontaktböden auf die darunterliegenden, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die unteren Enden (14) der Abflußrohre (10) jeden Systems von dem zentralen massiven Teil (7) der darunterliegenden Platte des Kontaktbodens (2) einen Abstand Zhaben,

b) daß sie von zwei Koaxialringen (11 und 12) umgeben sind, deren untere Enden (13,15) von dem zentralen massiven Teil (7) des Kontaktbodens die Abstände Z,! und Zi₂ haben,

c) wobei Zu < Z< Zn ist,

d) daß die obere Kante (16) des Innenrings (11) über der unteren Kante (14) der Abflußrohre (10) und unter der oberen Kante (17) des Außenrings (12) liegt,

e) daß die relative Lage der Ringe zu dem jeweiligen Abflußrohr sowie Z so bemessen ist, daß sich beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne ein hydraulischer Verschluß bildet.