DE2737039A1

DE2737039A1 - Vorrichtung zur verteilung und zum sammeln von fliessmittel in entgegengesetzten richtungen mit unterschiedlichen fliessgeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE2737039A1
Application number: DE19772737039
Authority: DE
Inventors: Thomas W Evans
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1977-08-17
Publication date: 1978-02-23
Also published as: GB1581445A; AU502989B2; AU2353577A; US4013556A

Description

UOP Inc.

Ten UOP Plaza, Algonquin & Mount Prospect Roads, Des Piaines, Illinois 60016 /USA

Vorrichtung zur Verteilung und zum Sammeln von Fließmittel in entgegengesetzten Richtungen mit unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten

DLe Erfindung betrifft Flußsammei- und -Verteilersysteme. Ein Beispiel der zahlreichen Verwendungen für solche Systeme sind die Entmineralisierungseinrichtungen, worin als Kocherbeschickung zu verwendendes Wasser in der Weise behandelt wird, daß es abwärts in einem Kessel durch eine Schicht entiorLsierender Harzperlen geschickt wird, welche die Mineralien entfernen. Das behandelte Wasser oder eine andere behandelte Flüssigkeit wird typischerweise am Boden der Schicht in einem "Header-Lateral" gesammelt, der eine parallele Anordnung horizontaler "seitlicher" perforierter Siebe, die von einer mittigen Sammelleitung oder einem "Kopfstück" aus abzweigen und im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Kessels bedecken, umfaßt.

Bei vielen Anwendungen wird das System nicht nur dazu verwendet, behandeltes Fließmittel zu sammeln, das durch die Schicht nach unten getröpfelt ist, sondern auch dazu, Fließmittel zu verteilen, wie eine verdünnte H₂SO₄-Lösung, die

809808/0698

aufwärts durch die Schicht für Regenerierzwecke perkoliert wird. Typischerweise besteht jeder seitliche Arm aus einem Rohr, das eine Vielzahl gebohrter oder eingeformter Löcher in seiner Wand enthält, und diese Rohre sind in einem zylindrischen Sieb des Typs installiert, der gewöhnlich in Wasserbrunnen verwendet wird. Die Zahl, Anordnung und Größe der Löcher in dem Rohr bestimmen die Fließgeschwindigkeit und die Verteilung für den eintretenden oder austretenden Flüssigkeitsfluß. Das Sieb muß natürlich genügend kleine Maschen haben, um das Hindurchtreten der Harzperlen oder von anderem festen Material, dem die Seitenarme ausgesetzt sind, zu verhindern .

Wenn bevorzugte Fließgeschwindigkeiten in jeder Richtung allgemein identisch sind, ist es natürlich möglich, geeignete Auslafi- und Einlaßventile für eine wechselnde Verbindung eines speziellen Kopfstück-Seitenarmsystems entweder mit einer Sammelleitung oder mit einer Quelle für Regenerierflüssigkeit vorzusehen. Wenn bevorzugte Fließgeschwindigkeiten wesentlich verschieden sind, wie dies allgemein der Fall ist, wenn die Regenerierfließgeschwindigkeit vorzugsweise wesentlich geringer als die Sammelgeschwindigkeit ist, ist es nicht möglich, das gleiche System sowohl zum Sammeln als auch zum Verteilen zu verwenden. Dies beruht darauf, daß es erwünscht ist, daß die Regenerierflüssigkeit mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit über den gesamten Querschnitt der Schicht dispergiert wird. Wenn man lediglich die Eingangsfließgeschwindigkeit der zu regenerierenden Flüssigkeit in

809808/0898

ein System mit Löchern, deren Größe für die größere, während des Sammeln erforderliche Fließgeschwindigkeit bestimmt ist,

vermindern würde,

wäre natürlich der Fluß durch die Löcher, die der Flüssigkeitsquelle am nachten liegen, größer als jener durch die weiter wegliegenden, wenn überhaupt irgendwelche Flüssigkeit die entfernt liegenden Löcher erreichen sollte, und die Schicht würde daher nicht gleichmäßig regeneriert werden.

Eine Lösung des Problems, die ein gleichmäßiges Sammeln und Verteilen erreicht, ist die, ein Verteilerröhrensystem konzentrisch im Innern eines Sammelleitungssystems anzuordnen, wobei jedes System eine Lochgröße besitzt, die der in dem betreffenden System beabsichtigten Fließgeschwindigkeit angepaßt ist. Eine andere Lösung des Problems besteht darin, vollständig getrennte Samme1- und Verteilersysteme vorzusehen, wobei jedes dieser Systeme für eine spezielle Fließgeschwin digkeit in der Größe bemessen ist. Natürlich sind diese letzteren Lösungen teuer. Außerdem benötigen sie viel Raum in der Schicht und ergeben einige Störung des Flusses, Wenn getrennte Systeme verwendet werden, tritt das Problem auf, in der Lage zu sein, jedes derselben am Boden der Schicht anzuordnen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein kombiniertes Flußverteilung»-und -sammelsystem für Fließmittel zu bekommen, das einen größeren Fluß in einer Fließrichtung als in der anderen anpaßt. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein kompaktes und billiges Flußverteilungs-und -sammelsystem zu bekommen. Diese und andere Ziele und Vorteile bekommt man

809808/0898

mit dent System nach der Erfindung, das eine Anordnung perforierter Rohre Im Inneren zylindrischer Siebteile umfaßt. Eine erste Menge von unversperrten Löchern oder öffnungen in den Rohrwänden ist so bemessen und angeordnet, daß man ein erwünschtes Fließvolumen und eine erwünschte Verteilungi* einer ersten Fließrichtung bekommt. Eine zweite Menge von Löchern ist ebenfalls in den Rohrwänden angeordnet, doch sind die Löcher durch Einwegventile in einer ersten Fließrichtung verschlossen. In der zweiten oder umgekehrten F3ießrichtung jedoch gestatten die Einwegventile einen Fluß durch die zweite Menge von Löchern, und dieser Fluß kann in Kombination mit dem umgekehrten Fluß durch die erste Menge von Löchern viel größer als der Fluß in der ersten Richtung sein. Somit ist es beispielsweise möglich, einen einwärts gerichteten Fluß mit einer hohen Geschwindigkeit in das Rohr durch beide Mengen von öffnungen zu haben, wenn die Flüssigkeit gesammelt wird, nachdem sie durch eine Schicht von entionisierenden Harzen gegangen ist. Wenn umgekehrt die Schicht regeneriert wird, kann Flüssigkeit mit einer niedrigen Geschwindigkeit in der umgekehrten Richtung fließen und doch noch gleichmäßig unter Druck über dem ganzen Querschnitt der Schicht verteilt werden, da der Fluß nur durch die erste Menge von Öffnungen stattfinden kann. Der Grund für die Unterschiede in den Fließgeschwindigkeiten besteht darin, daß es während des Sammeis erwünscht ist, soviel wie möglich Flüssigkeit zu behandeln. Während der Regenerierung, bei der teure Säure oder andere regenerierende Chemikalien durch die Schicht perkoliert werden, ist es natürlich am wirtschaftlichsten, eine möglichst kleine Menge an

809808/0898

regenerierender Flüssigkeit in der Schicht zu verteilen. In einer typischen Situation kann man beispielsweise Wasser in Abwärtsrichtung mit 1500 g/Min während etwa 24 Stunden pumpen und sammeln und sodann Säure mit 150 g/Min während etwa 30 Minuten hindurchpumpen, um das Harz zu regenerieren. Die Schicht würde dann in Abwärtsrichtung vielleicht mit 13OO g/Min rückgespült, um die Säure zu entfernen, bevor eine weitere Sammelstufe stattfindet. Geeignete Ventile, die außerhalb des oberen Endes und des Bodens des Behälters angeordnet sind, würden natürlich den Fluß und den Austrag der verschiedenen Flüssigkeiten regeln, um sie in geeigneter auszusondern. Die für die verschiedenen Apparateteile verwendeten Materialien werden von den in Berührung mit ihnen fließenden Flüssigkeiten bestimmt.

In der Zeichnung bedeutet

Fig.l eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines Entmineralisierungskessels,

Fig.2 eine Draufsicht auf die verbesserte Sammel- und Verteilerapparatur ,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen Seitenarm entlang der Linie 3-3 in Fig.2,

Fig.4 einen Axialschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig.3 eines Teiles eines Seitenarmes einer größeren nach innen gerichteten Fließgeschwindigkeit als nach außen gerichteten Fließgeschwindigkeit,

809808/0898

Flg.5 einen Axialschnitt ähnlich Fig.4, doch unter Darstellung einer Modifikation, bei der die Fließgeschwindigkeit nach außen größer als die Fließgeschwindigkeit nach innen ist, und

Fig.6 einen Axialschnitt ähnlich Fig.5, doch unter Darstellung einer Modifikation, die' eine andere Form eines Einwegventiles verwendet.

ti Fig.l ist die verbesserte Vorrichtung aus einem Kopfteil und Seitenarmen, die allgemein mit 10 bezeichnet ist, in einer typischen Lage gezeigt, in der sie in einen Behälter oder Kessel 14 eingesetzt werden kann. Die speziell gezeigte Behälteranordnung ist eine solche, die beim Entmineralisieren verwendet werden kann, wobei der Behälter etwa zu 75 % mit einer Schicht 16 aus kleinen Perlen eines entionisierenden Harzes gefüllt wird. Eine solche entmineralisierende Anlage kann für viele Zwecke verwendet werden, doch ein allgemein üblicher Zweck besteht darin, Mineralien aus Quellwasser zu entfernen, das als Beschickung für einen Kocher verwendet werden soll. Typischerweise wurde in einem solchen Fall das zu behandelnde Wasser 18 in den Behälter 14 durch ein oberes Rohr 20 eintreten gelassen, das durch die Wand des Behälters sich erstreckt. Das Rohr 20 wäre außerhalb des Behälters mit Hilfe eines nicht gezeigten Ventils mit einer Zufuhr des zu behandelnden Wassers oder mit für die Rückspülung verwendetem Wasser oder mit einem Aufnahmebehälter für Regenerierflüssigkeit, die aufwärts durch die Schicht

809808/0898

16 periodisch hindurchgeperlt werden kann, um die Harzperlen zu regenerieren, verbunden. Beim Sammeln geht das in den Behälter 14 durch das Rohr 20 eintretende Wasser 18 abwärts durch die Schicht 16 von Harzperlen und wird am Boden der Schicht durch die aus Kopfstück und Seitenarmen bestehende Vorrichtung 10 gesammelt. Diese ist mit einem Auslaßrohr 22 mit Hilfe eines Flansches 24 an der Auslaßleitung und eines damit zusammenwirkenden Flansches 26 an der Vorrichtung 10 mit Kopfstück und Seitenarmen verbunden.

In Fig.2 sieht man, daß die Vorrichtung 10 aus Kopfstück und Seitenarmen einen geraden Rohr- oder Kopfstückabschnitt 30 besitzt, der mit Ausnahme der Eintrittsöffnung an dem Flansch 26 und der öffnungen, die von den Kopfstückflanschen

ist.
32 umgeben sind, verschlossen Die Kopfstückflansche 32 sind vorzugsweise durch Bolzen oder andere Einrichtungen mit den Seitenarmflanschen 34 auf einer Vielzahl von Seitenarmen 36 verbunden, die sich parallel zueinander erstrecken und unterschiedliche Längen haben, je nach der Größe des Kessels 14, in den sie eingesetzt werden, so daß sie gleichmäßig den Querschnitt des Kessels 14 bedecken. Die Seitenarme umfassen jeweils einen äußeren Siebabschnitt 38 (Fig.3) des Typs, wie man ihn typischerweise in Brunnen- oder Quellensieben findet, worin ein geformtes Sieb 40 um eine Vielzahl von Stützstäben 42 gewunden und darauf verschweißt ist. Ein zylindrisches Rohr 46 ist in jedem Sieb 38 angeordnet und an diesem etwa durch Verschweißen mit dem Flansch 34 befestigt. Der Rohrabschnitt 46 enthält eine Vielzahl kleiner Offnungen

809808/0898

2737Q39 - Ii -

48/ die vorzugsweise in Abständen voneinander entlang der Rohrlänge angeordnet sind. Diese Löcher 48 sind vorzugsweise in zwei Reihen in einem Abstand von 90 voneinander und in gleichem Abstand um die vertikale Mittelebene der Rohre angeordnet, wie in Fig.3 gezeigt ist. Die Größe der kleinen Öffnungen 48 und die Zahl derselben, die in jedem Rohr verwendet werden, wird durch die Fließgeschwindigkeit bestimmt, die erreicht werden muß, wenn die Vorrichtung 10 verwendet wird, um verdünnte Säure oder andere Regenerierflüssigkeit in der Schicht 16 zu verteilen.

Während die Löcher 48 in gleichmäßigen Abständen entlang der Länge eines jeden Seitenarmes 36 angeordnet sein müssen, wenn eine gleichmäßige Regenerierung erreicht werden soll, ist ein solcher gleichmäßiger Abstand nicht während des Sammeln erforderlich, wo die gesamte Schicht in Flüssigkeit liegt, so daß die Flüssigkeit den Raum zwischen dem Sieb 38 und dem Rohr 46 ausfüllt. Somit können zum Zwecke des Sammelns die öffnungen 50 wesentlich größer als die Löcher 48 und in viel geringerer Zahl sein. Wenn beispielsweise der Fluß in die Rohre 46 während der Sammelstufe des Betriebs 10-mal so groß wie der Fluß aus den Rohren 46 in einem Regenerierbetrieb sein soll, dann wäre die Gesamtzahl der erforderlichen großen Öffnungen 5O und ihre Größe derart, daß neun Teile Wasser je ein Teil durch alle der öffnungen 48 hindurchfließenden Wassers durch sie hindurchfließen könnten.

809808/0898

Obwohl viele Typen von Einwegventilen verwendet werden können, um den Fluß durch die Öffnungen 50 in einer Richtung zu blockieren, ist in Fig.4 doch eine relativ einfache Type gezeigt, bei der eine kleine Ventilröhre bzw. ein Ventilzylinder 52 so gezeigt ist, daß er einen Haltestift 54 und eine derart daran angeordnete Haltefeder 56 besitzt, daß sie eine Kugel 58 gegen die Kanten der Öffnung 50 vorspannt. Die Ventilzylinder 52 können, wie bei 60 gezeigt ist, in relativ große Öffnungen 62 geschweißt sein, die in der Wand des Rohrabschnittes 46 ausgebildet sind.

Die in Fig.5 gezeigte Modifikation ist genau dieselbe, wie sie im Zusammenhang mit Fig.4 diskutiert wurde, wobei die Teile 146 bis 158 identisch mit den entsprechenden Teilen 46 bis 58 sind. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, daß in Fig.5 der Ventilzylinder 152 umgekehrt angeordnet ist wie in Fig.4. So wäre die Ausführungsform von Fig.5 in einer Situation anzuwenden, bei der es erwünscht ist, daß ein größerer Fluß aus dem Rohr 46 als in es hinein stattfinden kann.

Fig.6 zeigt eine Modifikation des in Fig.5 gezeigten Ventils, wobei das Ventil 150 bis 158 in Fig.5 durch ein Klappenventil 258 ersetzt ist, das mit Hilfe von Nieten oder anderen Einrichtungen 259 an der Rohrwand 246 befestigt ist. Das Klappenventil 258 kann aus irgendeinem Material bestehen, das mit dem durch das System zu zirkulierenden Flüssigkeiten verträglich ist, doch kann es beispielsweise aus synthetischem

809808/0898

Kautschuk oder einem dünnen Blech aus rostfreiem Stahl bestehen. Die kleinen öffnungen 248 und die großen öffnungen 250 entsprechen den öffnungen 148 bzw. 150.

Obwohl aus Gründen der Einfachheit die Vorrichtung 10 mit Kopfstück und Seitenarmen in Fig.l derart gezeigt ist, daß sie in einem oben offenen, dem Atmosphärendruck ausgesetzten Behälter oder Kessel 14 befestigt ist, sei darauf hingewiesen, daß es üblicher ist, die Vorrichtung in einem Druckkessel unterzubringen, wie in einem solchen mit zylindrischen Wänden und einem domartigen oder halbkugelförmig geformten oberen Ende und Boden. Natürlich würde die Vorrichtung 10 in einem unter Druck stehenden Kessel genauso arbeiten wie in einem nicht unter Druck stehenden Kessel.

8Q9808/0898

L e e r s e i f e

Claims

Dr. Hans-Heinrich Willrath t Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert PATENTANWÄLTE D-82 WIESBADEN I ^ g Postfa* Sill 614S Gustav-Freytag-Stn&e fs 9 (OtItI) 37*710 Telegnrawdreue: WIIXPATENT Telex: 4 - 186 247 Case 1740 W/eP UOP Inc. Ten UOP Plaza, Algonquin * Mount Prospect Roads, Des Piaines, Illinois 60016 /USA Vorrichtung zur Verteilung und zum Sammeln von Fließmittel in entgegengesetzten Richtungen mit unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten Priorität; v. 19.August 1976 in USA Serial No.: 715 814 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verteilung eines Fließmittelflusses, besonders Flüssigkeitsflusses, in einer Richtung mit einer Fließgeschwindigkeit und zum Sammeln des Fließmittels in einer anderen Richtung mit einer anderen Fließgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch Rohreinrichtungen (46, 146, 246) mit einer öffnung am einen Ende, durch welche Fließmittel in die Vorrichtung eintreten oder aus ihr austreten kann, eine erste Anzahl (48, 148, 248)

809808/0898

und eine zweite Anzahl (50, 150, 250) von öffnungen in den Wänden dieser Rohreinrichtung, wobei die erste Anzahl von öffnungen (48, 148, 248) einen Fluß in beiden Richtungen durch diese Wände gestattet, je nachdem, ob das Fließmittel verteilt oder gesammelt wird, und die zweite Anzahl von Öffnungen (50, 150, 250) mit Ventilen (52-58, 152-158, 258, 259) verbunden ist, die in einer Fließrichtung selbst schliefen und in der anderen Fließrichtung selbst öffnen, und perforierte Siebe (38), die konzentrisch um die Rohreinrichtungen (46, 146, 246) angeordnet sind und so verhindern, daß Feststoffteilchen mit größerem Durchmesser als die Siebperforationen beim Sammeln von Fließmittel in die Rohreinrichtungen gezogen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohreinrichtungen (46, 146, 246) und die Siebe (38) an einem Sammelrohr oder Kopfstück (30) in beabstandeten Positionen entlang dessen Länge befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (52-58, 258, 259) an der zweiten Anzahl von öffnungen (50, 250) an den Rohreinrichtungen (46, 246) befestigt sind und Abschnitte aufweisen, die die zweite Anzahl der öffnungen in einer Fließrichtung aus der Rohreinrichtung heraus schließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (52, 58) jeweils eine Kugel (58) und eine Federeinrichtung (56) aufweisen, die die Kugel in dichtende Berührung

309808/0898

mit einer der öffnungen der zweiten Anzahl von öffnungen (5O) vorspannt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der öffnungen in der zweiten Anzahl von öffnungen und ihre Größe so ausgewählt sind, daß die Fließgeschwindigkeit durch das Rohr in der offenen Richtung der öffnungen wenigstens zweimal so groß wie die Fließgeschwindigkeit durch das Rohr in ihrer geschlossenen Richtung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der öffnungen in der zweiten Anzahl von öffnungen (50) und ihre Größe derart ausgewählt ist, daß die Fließgeschwindigkeit durch das Rohr in der offenen Richtung der öffnungen wenigstens 5-mal so groß wie die Fließgeschwindigkeit durch das Rohr in ihrer geschlossenen Richtung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der zweiten Anzahl von öffnungen (150) verbundenen Ventile (152-158) mit der Rohreinrichtung (146) verbunden sind und Abschnitte enthalten, die die zweite Anzahl von öffnungen bei einer Fließrichtung in das Rohr hinein schließen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch kennzeichnet, daß die Ventile (258, 259) Klappenventile sind.

809808/0898