DE2725311A1

DE2725311A1 - Hochgeschwindigkeits-kontakteinrichtung mit transporteffekt fuer stoff- und waermeaustausch

Info

Publication number: DE2725311A1
Application number: DE19772725311
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Hoppe; Hartmut Prof Dr Linde; Juergen Dipl Ing Mueller; @@ Redlich Karl-Heinz Dr Ing; Kurt Dr Winkler
Original assignee: GRIMMA MASCH APP VEB
Current assignee: GRIMMA MASCH APP VEB
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1977-06-04
Publication date: 1977-12-29
Also published as: JPS531684A; DD129865A1; FR2355538A1

Description

kteinrichtung mit Transporteffekt für Stoff- und Wärmeaustausch

Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung mit Transporteffekt für die Flüssigkeits- Gas- "bzw. Darapf-Kontaktierung bei Stoffaustauschprozessen, wie z.Bsp. Rektifikation, Absorption, Desorption und Chemiesorption, sowie bei der direkten üärmeübertragung und Gasbefeuchtung und -entfeuchtung. Diese Einrichtung erlaubt die Realisierung einer auf die Volumeneinheit des Apparates bezogenen hohen Durchsatzleistungen.

Gemäß V/P 1161'14 ist eine Kontakteinrichtung für Flüssigkeit und Dampf unter hohen Geschwindigkeiten bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß übereinander angeordnete Dispergiervorrichtungen und Drahtgestrickpakete mit über den gesamten Querschnitt der Einrichtung sich erstreckenden, gleichgerichteten Ablaufschächten alternierend so verbunden sind, indem sich an die Zuläufe der Ablaufschächte geneigte Brahtgestrickpäkete mit ihren unteren Kanten offen anschließen, während die Ablaufschächte selbst die jenen Drahtgestricknaketen von unten zugeordnete Dispergiervorrichtung einschließlich die darunter befindlichen Drahtgestrickpakete an ihren Käanen durchdringen. Die Ausläufe der Ablaufschächte münden auf einer weiteren Dispergiervorrichtung in einem Flüssigkeitsverschluß.

Diese Kontakteinrichtung hat den Nachteil, daß als einziges Hilfsmittel der Austragung der Flüssigkeit aus dem als Abscheider vorgesehenen zum Ablaufschacht geneigten Drahtgestrickpaketen die Schwerkraft wirkt. Für die Gewährleistung der Flüssigkeitsaustragung ist eine relativ starke Neigung der Drahtgestrickpakete zu den Ablaufschächten und danit eine nicht vertretbare hohe Bauhöhe dieser Kontaktvorrichtung notwendig. Bei

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höheren Flüssigkeitsbelastungen ist ebenfalls keine genügende Austragung möglich, da kein genügend schneller Transport der Flüssigkeit über eine größere Bodenstrecke zum jeweilig zugeordneten Ablaufschacht realisiert werden kann. Daraus resultiert, daß diese Lösung nur für geringe Flüssigkeitsbelastungen geeignet ist und eine große Anzahl von Ablaufschächten erforderlich ist. Durch die große Anzahl Ablaufschächte wird die Apparatur kompliziert und aufwendig.

Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung für die Kontaktierung von Flüssigkeit und Gas bzw. Dampf bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Gasphase, für grcßo Flüssigkeitsbelastungen und bei guter Stoffaustauschleistung in einer konstruktiv einfachen Gestaltung, mit einer minimalen Anzahl der Ablaufschächte und geringer Bauhöhe.

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch Kombination einer Dispergiereinrichtung mit Transporteffekt mit einer Plüssigkeitsaustrageinrichtuns ebenfalls mit Transporteffekt das Flüssigkeits-hold-up durch interne Resirkulation zu erhöhen und dabei einen Teil der sich im Zweiphasenregime des unvollständigen Gleichstroms in interner Eezirkulation über der Dispergiereinrichtung befindlichen Flüssigkeitsmenge auszutragen und die restliche dispergierte Flüssigkeit durch-Umlenkung an der Flüssigkeitsaustrageinrichtung abzuscheiden und zu verdichten und durch Transporteffekt in Verbindung mit Schwerkrafteinfluß zum Ablaufschacht zu fördern.

Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Dispergiereinrichtung der Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung mit einem Zulauf und einem Ablaufschacht und mit Transporteffekt in Eichtung des AblaufSchachtes erzeugenden Durchtrittsöffnungen versehen ist.

Oberhalb dieser Dispergiereinrichtung ist in einem Abstand im Bereich von 100 bis 600 mm eine ein- oder mehrlagige,

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eben oder geneigte Flüssigkeitsausfangeinrichtung angeordnet. Diese ist ebenfalls mit Transporteffekt in Richtung des Ablaufschachtes erzeugenden Durchtrittsoff nungen und mit einer oder je einer Flüssigkeitsführungüwand versehen· Es ist auch möglich, die Dispergiereinrichtung geneigt anzuordnen.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Dispergiereinrichtung quer zur Ströroungsrichtung segmentiert gestaltet ist, wobei der freie Querschnitt pro Flächeneinheit vom Zulauf zum Ablaufschacht variiert. Die Dispergiereinrichtung kann auch quer zur Strömungsrichtung v/ellblechföraig gestaltet sein. Bei mehrlagiger Gestaltung der Flüssigkeitsausträgeinrichtung sind die einzelnen Abscheider mit Distanz zueinander angeordnet, der freie Durchtrittsquerschnitt pro Flächeneinheit von Abscheider zu Abscheider variiert und mindestens ein Abscheider überdeckt den gesamten Querschnitt der Dispergiereinrichtung. Die Richtung der Durchtrittsöffnungen im Grundmaterial der Abscheider ist ab Zolonnenmitte in einem spitzen Winkel zur Mittellinie von 5 bis 45° auf die Flüssigkeitsführungswand orientiert.

Die Flüssigkeitsführungswände sind perforiert ausgebildet mit Orientierung der Durchtrittsöffnungen in Richtung des Ablaufschachtes. Die Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeitsaustrageinrichtung und die zugehörige Flüssigkeitsführüngswand sind unterschiedlich gestaltet. Die perforierte Flüssigkeitsführungswand und der Ablaufschacht der Dispergiereinrichtung sind so angeordnet, daß für die Austragung der Flüssigkeit von der Dispergiereinrichtung ein freier Durchtrittsquerschnitt verbleibt. Dabei ist die Flüssigkeitsführungswand schräg oder senkrecht angeordnet, sie ragt in den Ablaufschacht hinein oder endet oberhalb der Ebene der Dispergiereinrichtung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen: _ 4 «.

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Pig. 1: Kontakteinrichtung im Vertikalschnitt Fig.. 2: Schnitt A-A aus Fig. 1
Fig. 3: Schnitt B-B aus Fig. 1

Die Erfindung besteht aus innerhalb eines Kolonnenmantels 1 angeordneten Dispergiereinrichtungen 2 und jeweils im Abstand darüber aus eben oder geneigten Flüssigkeitsaustrageinrichtungen 3· Die Flüssigkeitsaustrageinrichtungen 3 setzen sich im wesentlichen zusammen aus Abscheidern 8 und Flüssigkeitsführungswänden 9· Die Dispergiereinrichtungen 2 sind mit Zulauf 4 und je einem Ablaufschacht 3 versehen und erstrecken sich über den gesamten freien Kolonnenquerschnitt. Die aktive Bodenfläche 6 der Dispergiereinrichtung 2 ist konstruktiv so gestaltet, daß durch die Anordnung der Durchtritts-Sffnungen 7 die.Flüssigkeit vom Zulauf 4 zum Ablaufechacht 5 transportiert wird.

Wie in Figur 3 dargestellt, ist die aktive Bodenfläche segmentiert und wellblechförmig gestaltet. Der Abstand zwischen Dispergiereinrichtung 2 und Flüssigkeitsaustrageinrichtung 3 liegt im Bereich von 100 bis 600 mm. Das Grundmaterial der Flüssigkeitsaustrageinrichtung 3 unterscheidet sich vom Grundmaterial der Dispergiereinrichtung nur durch eine andere Durchtrittsfläche pro Flächeneinheit. Zur Unterstützung des Transporteffektes ist die Flüssigkeit saus trageinrichtung 3 geneigt in Richtung des Ablaufschachtes 5 der DispergiereinrichTrang 2. Die zweckaäßigste Heigung liegt zwischen 10 und 35°.

Die Flüssigkeitsaustrageinrichtung 3 ist gemäß Figur 1 zweilagig aufgebaut. Dabei erstreckt sich der erste Abscheider 8 nach der Dispergiereinrichtung 2 vom Ablaufschacht 5 bis zur Flüssigkeitsführungswand 9· Der darüberliegende Abscheider 8 reicht nur von der Flüssigkeitsführungswand 9 bis etwa zur Kolonnenmitte.

Es besteht die Möglichkeit, zwischen dem ersten Abscheider und der Dispergiereinrichtung 2 mehrere Yorabscheider in etwa parallel zur Flüssigkeitsführungswand 9 anzuordnen. Diese besondere Ausführungsform ist jedoch in der

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zeichnerischen Darstellung des Ausführungsbeispieles nicht enthalten.

Der Abstand zwischen den Abscheidern 8 ist mindestens so groß zu wählen, daß die ungehinderte Austragung der Flüssigkeit möglich ist. Zur besseren Anpassung der Abscheider 8 an das Flussigkeitsentrapment variiert der freie Durchtrittsquerschnitt von Abscheider 8 zu Abscheider 8 und auch innerhalb der Abscheider 8· Die Richtung der Durchtrittsöffnungen 7 in) Grundmaterial der Abscheider 8 ist ab Kolonnenniitte in einem spitzen Winkel zur Mittellinie von etwa 5 bis 45° auf die Flüssigkeitsführungswände 9 orientiert.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wie folgt:

Die Flüssigkeit gelangt über Ablaufschacht und Zulaufwehr auf die aktive Bodenfläche der Dispergiereinrichtung. Das von unten anströmende Gas wird durch die Anordnung der Durchtrittsöffnungen in der Dispergiereinrichtung in Richtung zum Ablaufschacht umgelenkt. Dabei v.ird die Flüssigkeit zerteilt und in Form von Tropfenketten zum Ablaufschacht transportiert. In dieser Phase der Kontaktierung wird der wesentlichste Anteil vom Gesamtstoff austausch realisiert. . . . Ein Teil der Flüssigkeit v/ird vom aufsteigenden Gasstrom nach oben mitgerissen. Die über der Dispergiereinrichtung angeordneten Abscheider bewirken eine Trennung der mitgerissenen Flüssigkeit vom Gasstrom. Beim Durchtritt beider Phasen durch die geneigten Abscheider findet ebenfalls wie bei der Dispergiereinrichtung eine Umlenkung statt. Mit Hilfe des durch die Umlenkung entstehenden Transporteffektes wird die Flüssigkeit in Richtung der Flüssigkeitsführungswände ausgetragen. Durch die geneigte Anordnung der Abscheider wird die Austragung durch \7irkung der Erdschwerkraft beschleunigt.

Die ausgetragene Flüssigkeit fließt an den Flüssigkeitsführungcwänden ab und gelangt mit der von der Disperrjiereinrichtung abströmenden Flüssigkeit in den Ablaufschacht

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und von dort aus zur Dispergiereinrichtung der nächsttieferen Stufe, während das noch teilweise mit Flüssigkeit beladene Gas die weiteren Abscheider passierend zur darüberliegenden Dispergiereinrichtung strömt. Bei Durchtritt des Gases durch die v/eiteren Abscheider wird die Restflüssigkeit vom Gasstrom getrennt, ausgetragen und an den Flüssigkeitsführungswänden abgeführt.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß während der mehrstufigen Abscheidung die Abscheider mit Flüssigkeit benetzt werden und somit als Stoffaustauschfläche wirken und beim Aufprall der Flüssigkeitstropfen auf das Grundmaterial des Abscheiders zu einer Erneuerung der Phasengrenzfläche führen. Durch den Einsatz von Grundmaterial mit unterschiedlichem Durchtrittsquerschnitt pro Flächeneinheit für die einzelnen Abscheider ist eine konstruktiv einfache und günstige Anpassung der Abscheider an die vom Gasstrom mitgeführte Flüssigkeitsmenge und das Tropfenspektrum möglich. Dadurch werden hohe Abscheidegrade realisiert. Durch Wirkung der Erdscb.verkraft und durch Aufprall der Flüssigkeit vom Grundmaterial des unmittelbar über der Dispergiereinrichtung angeordneten Abscheiders und durch erneute' Y/iederzerteilung auf der Dispergiereinrichtung rezirkuliert ein Teil der Flüssigkeit in diesem Saum. Da3 führt zu einer Erhöhung des Flüssigkeits-hold-up und zur Verlängerung der Kontaktzeit und somit zu einer Verbesserung des Stoffaustausches.

Die Flüssigkeitsführungswände leiten die Flüssigkeit, die in den Abscheidern ausgetragen wird, vor einer weiteren Zerteilung und Mitnahme durch den Gasstrom geschützt, in den Ablaufschacht. Der Vorteil der Perforierung liegt darin begründet, daß beim Aufprall der von der Dispergiereinrichtung zerteilten Flüssigkeitsphase eine Austragung durch diese inöglich ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Hochgeschrindigkeits-Kontakteinrichtung mit Transporteffekt für Stoff- und Wärmeaustausch in Kolonnen, bestehend aus über dem gesamten Querschnitt der Kontakteinrichtung sich erstreckende Dispergiereinrichtung und darüber angeordneter Flüssigkeitsaustrageinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß die Dispergiereinrichtung (2) mit einen Zulauf (4) und einen Ablaufschacht (5) und nit Transporteffekt in Richtung des Ablaufschachtes (5) erzeugenden Durchtrittsoffnungen (7) versehen ist und daß oberhalb der Dispergiereinrichtur.g (2) eine eben oder geneigte Flüssigkeitsaustrageinrichtung (3)» die ebenfalls mit Transporteffekt in Richtung des Ablaufschachtes (5) erzeugenden Durchtrittsoffnungen (7) und mit einer oder je einer Flüssigkeitsführungswand (9) versehen ist, angeordnet ist.

2. Hochgeschvjindigkeits-Kontskteinrichtung nach Punkt 1 , gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeitsaustrageinrichtung (3) mehrlagig gestaltet ist.

3· Hochgeschv-'indigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Diapergiereinrichtung (2) geneigt angeordnet ist.

4» Hochgeschviindigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Dispergiereinrichtung (2) quer zur Strömungsrichtung segmentiert gestaltet ist, wobei der freie Querschnitt pro Flächeneinheit vom Zulauf (4) zum Ablaufschacht (5) variiert.

5a Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 bis 4_f gekennzeichnet dadurch, daß die Dispergiereinrichtung (2) quer zur Strömungsrichtung wellblechförmig gestaltet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

6. HochgeschvJindigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei mehrlagiger Gestaltung der Flüssigkeitsaustrageinrichtung (3) die einzelnen Abscheider (8) zueinander nit Distanz angeordnet sind, der freie Durchtrittsquerschnitt pro Flächeneinheit von Abscheider (S) zu Abscheider (3) und innerhalb der Abscheider (8) variiert und mindestens ein Abscheider (8) den gesamten Querschnitt der Dispergiereinrichtung (2) überdeckt.

7· Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Richtung der Du.rchtrittsöffnungen (7) im Grundmaterial der Abscheider (8) ab Kolonnenmitte in einem spitzen Winkel zur Mittellinie von 5 bis 45 auf die Flüssigkeitsführungswände (9) orientiert.

8, Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeitsführungsviand (9) der Flüssigkeitsaustrageinrichtung (3) perforiert ausgebildet ist mit Orientierung der Durchtrittsöffnungen (7) in Richtung des AblaufSchachtes (5) und daß die Durchtrittsöffnungen (7) für die Flüssigkeitsaustrageinrichtung (3) und die zugehörige Flüssigk-eitsführungswand (9) unterschiedlich gestaltet sind.

9· Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die perforierte Flüssigkeitsführungswand (9) und der Ablaufschacht (5) der Dispergiereinrichtung (2) so angeordnet sind, daß für die Austragung der Flüssigkeit von der Dispergiereinrichtung (2) ein freier Durchtrittsquerschnitt verbleibt, wobei die Flüssigkeitsführungswand (9) schräg oder senkrecht angeordnet ist, in den Ablaufschacht (5) hineinragt oder oberhalb der Ebene der Dispergier-. einrichtung (2) endet.

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