DE2737039A1 - Vorrichtung zur verteilung und zum sammeln von fliessmittel in entgegengesetzten richtungen mit unterschiedlichen fliessgeschwindigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur verteilung und zum sammeln von fliessmittel in entgegengesetzten richtungen mit unterschiedlichen fliessgeschwindigkeitenInfo
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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
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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
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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
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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
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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,
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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
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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
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
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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.
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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
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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.
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L e e r s e i f e
Claims (8)
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)
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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
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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.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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