DE2649414A1

DE2649414A1 - Stoffaustauschkolonne

Info

Publication number: DE2649414A1
Application number: DE19762649414
Authority: DE
Inventors: Nicholas Patrick Dipl Ing Wynn
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-01-08
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-07-14
Also published as: GB1531918A; FR2337570B1; DE2649414B2; CH612591A5; CA1064813A; JPS5285976A; JPS5946652B2; FR2337570A1; DE2649414C3

Description

P. 4987

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur Stoff au s ta us chko lonne

Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschkolonne, in welcher in Abständen übereinander Austauscheinrichtungen angeordnet sind für den Stoffaustausch zwischen in der Kolonne im Gegenstrom zueinander geführten Gas und Flüssigkeit, wobei zum Transport der abwärtsströmende Flüssigkeit von Austauscheinrichtung zu Austauscheinrichtung der Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe jeweils eine höhere Druckzunahme aufgezwungen wird, als dieses der statischen Druckzunahme in einer zwischen zwei Austauscheinrichtungen bestehenden Flüssigkeitssäule entspricht, und dass jede Austauscheinrichtung mindestens einen Reaktionsraum aufweist, welcher von einem Niveauraum für die Flüssigkeit umgeben ist, aus welchem Flüssigkeit von einer Pumpe durch den Reaktionsraum zirkuliert \tfird, während zur Einleitung des Gases in den Reaktionsraum in der Bodenplatte einer jeden Austauscheinrichtung mindestens eine Düse angeordnet ist, und dass der obere Teil des Reaktionsraumes mit einem Abscheideraum verbunden ist.

Derartige Stoffaustauschkolonnen werden beispielsweise für Destillations-, Extraktions-, Absorptions- und Austauschverfahren,

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insbesondere zur Anreicherung einer Phase an einem Isotop, benötigt. Bei allen diesen Verfahren ist es zur Erzielung eines raschen und guten Austausches erforderlich, die zu mischenden Phasen in einen innigen Kontakt miteinander zu bringen.

Es sind Kolonnen bekannt, bei welchen die Förderung der Phasen unter Ausnutzung einer Temperaturdifferenz und einer daraus resultierenden Druckdifferenz für die gasförmige Phase und der Schwerkraft für die flüssige Phase stattfindet. Hierbei kann ein erheblicher Durchsatz sinnvoll nur durch Vergrösserung des Kolonnenquerschnittes erzielt werden. Wenn man bei den bekannten Destillationskolonnen beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit der gasförmigen Phasen vergrössern würde, so reicht die Trennwirkung der Schwerkraft nicht mehr aus, die Phasen zu separierenj besonders wenn zwischen dem spezifischen Gewicht der flüssigen und der gasförmigen Phasen kein wesentlicher Unterschied besteht, können die abwärts strömenden flüssigen Teilchen von dein Gasstrom mitgerissen werden.

Bei Stoffaustauschkolonnen, wie sie die Erfindung betrifft, kann das Volumenverhältnis zwischen Flüssigkeit und Gas im Reaktionsraum unabhängig von dem durch den Prozess bestimmten Durchsatzverhältnis gewählt werden, sodass günstige Verhältnisse für den Stoff aus tausch erhalten werden.

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In diesem Fall ist es erforderlich, zu einer Trennung der Phasen Kräfte heranzuziehen, die ein Vielfaches der Schwerkraft betragen. Dieses ist dadurch bedingt, dass die Flüssigkeit mehrfach in jeder Austauscheinrichtung durch den Reaktionsraum umgewälzt wird.

Kolonnen, wie sie die Erfindung betreffen, können vorteilhaft für Isotopen-Austauschreaktionen benutzt werden, die zur Anreicherung des schweren Isotops (z. B. bei Wasserstoff des Deuteriums) dienen.

Bekanntlich ist bei Stoffaustauschkolonnen die ausgetauschte Stoffmenge um so grosser je grosser die Phasengrenzflächen der sich berührenden Phasen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde auf wirtschaftliche Weise diese Phasenoberflächen des Gases gegenüber bekannten Austauschvorrichtungen wesentlich zu vergrössern, d. h. das die Reaktionsräume durchströmende Gas in möglichst kleine Blasen aufzuteilen.

Die Erfindung besteht darin, dass der Reaktionsraum mindestens zum grö.ssten Teil mit einem gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Haufwerk aus einem festen Material aufgefüllt ist.

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Das Haufwerk kann ζ. B. aus einem Gebilde bestehen,, welches eine geordnete Struktur aufweist, z. B. ein Drahtgewebe oder ein DrahtgewirkJ. Es ist auch möglich das Haufwerk als ein Gebilde aus einem Vlies aus Drahtfasern auszuführen. Die Drähte können z. B. aus Metall oder auch aus Kunststoff bestehen. Das Haufwerk kann beispielsweise als Bandstücke in den Reaktionsräumen angeordnet sein.

Sine andere vorteilhafte Ausführungsform kann darin bestehen, dass man zylindrische Wickelkörper etwa von dem Durchmesser des Reaktionsrauines in diesem anordnet. Herbei besteht der Wickelkörper aus einem schräg geriffelten Band aus einem Gewebe oder Gewirk mit einer relativ grossen Maschenweite.

Mit Hilfe der Erfindung wird erreicht, dass in den Reaktionsräumen Gasblasen geringer Grosse erzeugt werden und ausserdem eine Agglomeration der Gasblasen weitgehend verhindert wird und zwar dadurch, dass sie ständig auf die Drähte aufprallen, wobei die Gasblasen zerschlagen und in kleinere Blasen aufgeteilt werden, sodass die durchgesetzte Gasmenge eine sehr grosse Oberfläche aufweist und hierdurch der Stoffaustausch zwischen Flüssigkeit und Gas wesentlich verbessert wird.

Es ist zwar bei Siebbodenkolonnen bekannt, in dem jeweils über einem Siebboden befindlichen, aus Flüssigkeit und Gas bestehenden Blasenbett Drahtgewebe anzuordnen zur Herabsetzung einer

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Agglomeration der das Flüsäigkeitsbett durchsetzenden Gasblasen. Bekanntlich ist jedoch die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in derartigen Kolonnen begrenzt, da die Flussigkeitsmenge pro Austauschstufe durch die Du.rchsatzmenge der Flüssigkeit durch die Kolonne vorgegeben ist. Dieses hat zur Folge,.dass keine grosse Turbulenz im Blasenbett verwirklicht werden kann und somit trotz der Anordnung von Drahtgeweben im Blasenbett die Phasenoberflächen der durchgesetzten Gasmenge nicht in befriedigendem Masse vergiiössert v/erden kann. Ausserdem sei daraufhingewiesen, dass um so grössere Gasblasen entstehen, je grosser die durchgesetzte Gasmenge ist, wobei die Gasblasen eine solche Grosse annehmen •können, dass sie von den Drähten des Haufwerkes nicht mehr zerteilt werden.

Demgegenüber wurde bei der Erfindung erstmals erkannt, dass · durch eine Kombination der bei dem die Erfindung betreffenden Kolonnentyp getroffenen Massnahmen mit denjenigen, wie sie für Blasenbetten in Siebbodenkolonnen bekannt sind, ein wesentlich besserer Stoffaustausch erzielt wird.

Dieses ist dadurch begründet, dass bei Kolonnentypen, in welchen eine mehrfache Umwälzung der Flüssigkeit durch die Reaktionsräume erfolgt, welche ein Haufwerk aufweisen, hohe Turbulenzen im Blasenbett der Reaktionsräume erzeugt werden und Gasblasen geringer Grosse'.die Reaktionsräume durchströmen.

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Auf Grund der Anordnung von gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Haufwerken aus Drähten bzw. Drahtfasern in den Reaktionsräumen wird die Agglomeration von Gasbläschen weitgehend vermieden, da diese im Gegensatz zu Siebbodenkolonnen die Reaktionsräume mit einer wesentlich grösseren Geschwindigkeit durchströmen und hierbei auf die Drähte aufprallen und zerteilt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in schematischer Darstellungsweise

zwei Ausführungsformen eines Teilausschnittes von erfindungsgenäss ausgebildetem Stoffaustauschkolonnen im Längsschnitt, während in

Fig. 3 ein aus einem Drahtgewirk bzw. Drahtgovvebo -

wie es Fig. 4 zeigt - hergestellter Wickelkörper dargestellt ist, von dem einer oder mehrere in den einzelnen Reaktionsräumen der Austauschvorrichtungen angeordnet sind.

Der KoIonnenausschnitt 1 einer Kolonne gemäss Fig. 1 zeigt übereinander, in einem Druckrohr angeordnete Austauschvorrichtungen 2,

Eine -solche Kolonne kann beispielsweise für den Deuteriumaustausch zwischen Wasserstoff und Methylamin dienen.

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BAD ORIGINAL

Die Austauschvorrichtungen bestehen jeweils aus Reaktionsräumen 3, von denen mehrere abstandweise über den Kolonnenquerschnitt verteilt angeordnet sein können. Jedem Reaktionsraum ist eine Strahlpumpe 4, die aus einer Treibdüse 4a und einem Diffusor 4b besteht, zugeordnet. Die Treibdüsen sind in gasdicht mit dem Kolonnenrohr, verbundenen Böden angebracht. In den Reaktionsräumen 3 befindet sich ein gas- und flüssigkeitsdurchlässiges Haufwerk, beispielsweise ein oder mehrere Wickelkörper (vgl. Fig. 3). Diese Wickelkörper v/eisen vorteilhaft den gleichen Durchmesser wie die Reaktionsräume 3 auf und sind lose aufeinander geschichtet, wobei die Wickelkörper aus einem Gewebeband 5a (vgl. Fig. 4) gebildet sind, welches schräge Riffelungen aufweist.

Am oberen Ende sind die Reaktlonsräume gegen einen Abscheideraum 6 geöffnet. Hierin erfolgt die Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit, und wobei das Gas durch ein Rohr 7 nach oben ausströmt, und durch die Treibdüsen 4a in die darüberliegende Aus tau s chvo rri chtung einströmt.

Die Reaktionsräume sind jeweils von einem Niveauraum 8 für die Flüssigkeit umgeben, aus welchem Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 9 durch eine Leitung 10 in den Niveauraum der darunterliegenden Austauschvorrichtung gefördert wird. Aus dem Niveauraum wird ständig von den Strahlpumpen Flüssigkeit in die Reaktionsräume angesaugt und dort mit dem Gas in Kontakt gebracht.

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Wie bereits an vorstehender stelle erläutert, prallen die Gasbläschen mit hoher Geschwindigkeit auf die Drähte der Wickelkörper 5 auf und werden dort zerteilt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von Fig. 1 ausschliesslich durch eine andere Ausbildung der Rücklaufmischung.

Während in den einzelnen Austauscheinrichtungen 2 geraäss Fig. 1 die Förderung einer von der Gesamtdurchsatzmenge der Flüssigkeit durch die Kolonne unabhängige Flüssigkeitsmenge mit Hilfe von Gasstrahlpumpen in die Reaktionsräume 3 erfolgt, wird bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel Flüssigkeit aus den Niveauräuraen mit Hilfe von Pumpen 11 in die Reaktionsräume gefördert, während das Gas von Austauscheinrichtung zu Austauscheinrichtung durch Düsen 12 in die Reaktionsräume strömt. Mit Fig. 1 übereinstimmende Konstruktionselemente sind mit den gleichen Bezugsziffern, die mit einem Apostroph versehen sind, bezeichnet.

Wie bereits an vorstehender Stelle erwähnt, .zeigen die Fig. 1 und 2 nur Ausschnitte von erfindungsgemäss ausgeführten Kolonnen. Der Kopf- und Bodenteil der Kolonnen ist nicht dargestellt, da dieses für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist. Als Druckerzeuger für das in den Bodenteil der Kolonne ein-

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geleitete Gas kann beispielsweise ein Kompressor dienen, der z. B. innerhalb der Kolonne unterhalb des untersten Boden angeordnet sein kann. Der erforderliche Gesamtdruckabfall längs der Kolonne kann auch von einem Druckbehälter aufgebracht werden. Diese Ausführung ist besonders dann vortailhaft, wenn ein derartiger Druckbehälter bereits zur Speicherung der komprimier ten Phase in einer Anlage, von der die Austauschkolonne einen Bestandteil bildet, dient.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Stoffaustauschkolonne, in welcher in Abständen übereinander Austauscheinrichtungen angeordnet sind für den Stoffaustausch zwischen in der Kolonne im Gegenstrom zueinander geführten Gas und Flüssigkeit, wobei zum Transport der abwärtsströmende Flüssigkeit von Austauscheinrichtung zu Austauscheinrichtung der Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe jeweils eine höhere Druckzunahme aufgezwungen wird, als dieses der statischen Druckzunahme in einer zwischen zwei Austauscheinrichtungen bestehenden Flüssigkeitssäule entspricht, und dass jede Austauscheinrichtung mindestens einen Reaktionsraum aufweist, welcher von einem Niveauraum für die Flüssigkeit umgeben ist, aus welchem Flüssigkeit von einer Pumpe durch den Reaktionsraum zirkuliert wird, während zur Einleitung des Gases in den Reaktionsraum in der Bodenplatte einer jeden Austauscheinrichtung mindestens eine Düse angeordnet ist, und dass der obere Teil des Reaktionsraumes mit einem Abscheideraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum mindestens zum grössten Teil mit einem . gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Haufwerk aus einem festen Material aufgefüllt ist.

2. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-· net, dass das Haufwerk aus mindestens einem Gebilde aus einem drahtartigen Material besteht, und dass das Gebilde eine geordnete Struktur aufweist.

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OFUGlNAL INSPECtED

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■ν

3. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haufwerk aus einem Drahtgewebe besteht.

4. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haufwerk aus einem Drahtgewirk besteht.

5. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Haufwerk aus mindestens einem Gebilde aus einen Vlies aus Drahtfasern besteht.

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