DE2756501C2

DE2756501C2 - Kontaktboden für Stoff- und Wärmetauscher

Info

Publication number: DE2756501C2
Application number: DE19772756501
Authority: DE
Inventors: Oleg Sinanovi&ccaron; &Ccaron;echov; Nikolaj Georgievi&ccaron; &Scaron;mujlov; Iosif Davidovi&ccaron; Moskva Bejlinson; Gennadij Petrovi&ccaron; Dolgoprudnyj Moskovskoj oblasti Solomacha; Gennadij Vladimirovi&ccaron; Moskva Starikov; Valerij Iosifovi&ccaron; Va&scaron;&ccaron;uk; Boris Semenovi&ccaron; Penza Zac
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1977-12-19
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2756501A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Stoff- und Wärmetauscher insbesondere auf Kontaktböden mit selbstregelndem Durchgangsquerschnitt für die Absorptions- und v> Rektifizierbodenkolonnen, die in einem weiten Änderungsbereich der zugeführten Gas- bzw. Dampfmengen bzw. -durchsätze mit hoher Trennwirkung arbeiten.

Heutzutage ist das Problem der Schaffung von Stoffaustauschbodenkonstruktionen, die in einem wei- ω ten Änderungsbereich der Gas- bzw. Dampfdurchsätze wirksam arbeiten können, mit der Entwicklung von Ventilkontakteinrichtungen eng verbunden, die je nach Gasbeaufschlagung bzw. Gasdurchsatz die Fläche des Gasdurchgangsquerschnittes selbst zu regeln und somit f>5 den Strömungswiderstand der Kontaktstufe und ihre Effektivität praktisch konstant zu halten vermögen. Für die meisten Ventileinrichtungen jedoch Iritt diese Wirkung in wesentlichem Maße nur dann hervor, wenn sie mit einem festgelegten FlQssigkeitsmengenstrom betrieben werden. Da bei Durchführung von Stoff- und Wärmeaustauschvorgängen in Systemen Gas-(Dampf)-Flüssigkeit sich bei einer Änderung des Gasdurchsatzes auch der Flüssigkeitsmengenstrom in der Regel ändert, wurden in diesem Fall die Kontaktböden, an denen Ventile mit einseitigem Gasaustritt zur Anwendung kommen, bedeutend bessere Möglichkeiten bieten. Wenn man solche Ventile auf einem Kontaktboden zweckmäßig verteilt anordnet, kann man durch Ausnutzung eines Teils der kinetischen Energie der Gasstrahlen für den Transport der Flüssigkeit einerseits ihre praktisch gradientenfreie Strömung über die Bodengrundplatte ermöglichen und somit die Gleichmäßigkeit wie den Arbeitswirkungsgrad der Kontaktstufe erhöhen und andererseits einen konstanten Strömungswiderstand des Kontaktbodens bei der Änderung sowohl der Gas- als auch der Flüssigkeitsmengenströme erzielen. Bei solchen Kontaktböden wird der Flüssigkeitsdurchsatz in wesentlichem Maße durch den Gasdurchsatz bestimmt, während für andere Kontaktböden, deren Arbeitsweise einen gerichteten Gaseintritt in die Flüssigkeit nicht vorsieht, diese positive Wirkung nicht wesentlich ist.

Bereits bekannt sind mit Ventilen mit einseitigem Gasaustritt bestückte Kontaktböden für Stoffaustauschapparate, deren Ventile verschiedenartige konstruktive Ausführung aufweisen (siehe z. B. SU-Uhrheberschein 1 81 037, Kl. BOId 3/30 oder US-PS 31 46 280).

Jeder der bekannten Kontaktböden enthält eine Grundplatte mit öffnungen, in denen die Ventile mit dem einseitigen Gasaustritt eingesetzt sind, wobei die Ventile eine Decke, Seitenwände und Begrenzer der oberen und der unteren Ventilstellung aufweisen.

Die Ventile werden in der Regel aus Rohlingen viereckiger Form angefertigt, aus denen durch Abbiegen eine Decke und Seitenwände gebildet werden. Als Begrenzer der oberen und der unteren Ventilstellung dienen Füße, die einstückig mit dem Rohling ausgeführt werden und eine Verlängerung der Ventildecke oder seiner beiden Seiten darstellen. Solche Füße werden beim Anbringen des Ventils am Kontaktboden unter die Bodengrundplatte abgebogen. Dadurch ergibt sich eine komplizierte Form des Ventilrohlings, die zu einem großen Metallaufwand wegen der Abfälle beim Stanzen solcher Rohlinge führt.

Im Betrieb unterliegen solche Ventile durch den Gas-Flüssigkeitsstrom einer dynamischen Einwirkung aufgrund eines Flüssigkeitsumlaufes längs der Höhe der durchsprudelnden Schicht auf die Ventildecke, was die Senkung der Ventile sowie Überdeckung der Bodenöffnungen hervorruft. Infolgedessen erhöht sich die Ungleichmäßigkeit der Arbeit der Ventile und des Kontaktbodens selbst, was eine Störung des ganzen Arbeitsablaufes mit sich bringt. Um einer eventuellen Senkung des Ventiles während seines Betriebes entgegenzuwirken, wird das Ventil mit zusätzlichen Einrichtungen versehen.

Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Nachteile zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontaktboden für Stoff- und Wärmetauscher zu schaffen, dessen Ventile aus Rohlingen mit einer Form angefertigt werden, die die Herstellung und Montage der Ventile am Kontaktboden in einem vereinfachten Verfahren ermöglicht sowie zu einer effektiveren Arbeit des Kontaktbodens beiträgt.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am Kontaktboden für Stoff- und Wärmetauscher, der eine Grundplatte mit öffnungen und mit in ihnen eingesetzten, eine Ventildecke, Ventilseitenwände und Begrenzer der oberen und der unteren Ventilstellung aufweisenden Ventilen mit einseitigem Gasaustritt enthält, erfindungsgemäß jedes Ventil aus einem Rohling angefertigt ist, der die Form eines Kreisausschnittes mit abgeschnittener Spitze hat, dessen seitliche Randteile und dessen Segmentteil in Richtung der Grundplatte abgebogen sind, um jeweils die Ventilseitenwände, einen der Begrenzer für die untere Ventilstellung und die Ventildecke zu bilden.

Demgemäß ermöglicht es der Ventilrohling in Form eines Kreisausschnittes mit der abgeschnittenen Spitze, die technische Herstellung und die Ausrüstung zur Anfertigung der Ventile mit einseitigem Gas- bzw. Dampfaustritt zu vereinfachen. Da einer der Begrenzer der unteren Ventilstellung aus dem Segmentteil des Rohlings ausgeführt wird, unterbleibt das Haften des Ventils an der Grundplatte, weil ihre Berührung In einem Punkt stattfindet Dadurch wird eine gleichmäßigere und effektivere Arbeit des Kontaktbodens bei geringen Gas- bzw. Dampfdurchsätzen erzielt, insbesondere, wenn zähflüssige und verunreinigte Flüssigkeiten behandelt werden. Die Form der Ventilseitenwände, die die seitlichen Randteile des Kreisausschnittsrohlings sind, ermöglicht einen gleichmäßigen Ventilhub in der Grundplattenöffnung und schließt sein Festfressen aus.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die seitlichen Randteile des Kreisausschnittes längs seines Halbmessers abgebogen, wodurch die Ventildecke ohne Begrenzer der unteren Stellung die Form eines gleichschenkligen Trapezes annimmt, dessen größere Grundlinie nach der Seite des Gasaustritts aus dem Ventil weist.

Das Abbiegen der Seitenwände längs der Halbmesser ergibt eine solche Form der Ventildecke, bei der die Ventile am Kontaktboden wesentlich dichter aneinander zu liegen kommen, wodurch der Strömungswiderstand des Kontaktbodens um das Mehrfache herabgesetzt werden kann, ohne daß die Ventilhubhöhe größer und die Leistungsfähigkeit des Kontaktbodens und die Effektivität des Stoffaustausches an ihm beeinträchtigt wird. Wenn keine Notwendigkeit besteht, den Strömungswiderstand des Kontaktbodens herabzusetzen, so kann ohne Änderung des letztgenannten die Ventilhubhöhe vermindert und durch Vergrößerung der Tiefe der durchsprudelnden Schicht die Stoffaustauschintensität erhöht werden. so

Eine Weiterbildung der Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, daß über der Ventildecke unter einem spitzen Winkel zur Grundplatte ein Begrenzer der oberen Ventilstellung angeordnet ist, wodurch man gleichzeitig sowohl den Neigungswinkel als auch die Hubhöhe des Ventils festlegen kann. An Kontaktböden mit den parallel angeordneten Ventilen ist es möglich, für eine Gruppe von Ventilen einen Begrenzer zu verwenden, was die Konstruktion und Montage vereinfacht.

Es ist zweckmäßig, daß der Begrenzer der oberen Ventilstellung aus einer Platte gebildet wird, die mit einer ihrer Seiten an der Kante der Ventilöffnung der Grundplatte seitens der Ventilanordnung befestigt ist, »as die Möglichkeit bietet, diese Konstruktion des μ Kontaktbodens zu vereinheitlichen und seine sämtlichen Elemente zur Schaff/ig verschiedener Böden mit verschiedenartiger Orientierung der Ventile auf ihnen sowie zur Schaffung von Kontaktböden mit beliebigen Längenabmsssungen zu verwenden. Dabei wird die Konstruktion des Kontaktbodens während der Montage der Begrenzer der oberen Ventilstellung auf einem vereinheitlichten Band mit den öffnungen für die Ventile bestimmt

Die Platte des Begrenzers der oberen Ventilstellung kann als ein Teil der Grundplatte, das bei einem unvollständigen Ausstanzen der Ventilöffnung entsteht, vorgesehen werden. In diesem Fall nimmt der Metallabfall und der Metallaufwand für die Anfertigung des Bodens einer bestimmten Größe und Konstruktion ab. Dadurch läßt sich auch die dynamische Einwirkung der in der durchsprudelnden Schicht auf dem Boden umlaufenden Ströme auf das Ventil verringern, was eine gleichmäßigere Arbeitsweise des Bodens, insbesondere bei hohen Gas- bzw. Dampfdurchsätzen herbeiführt

Es ist auch zweckmäßig, daß der Segmentteil des Kreisausschnittes in Richtung der Grundplatte um einen Winkel, der dem Winkel des größten V /Aitilhubes gleich ist, abgebogen ist, da beim Abbiegen des S-;gmenueiies um diesen Winkel die Richtung, in der das Gas bzw. der Dampf in die Flüssigkeit eintritt sich der Waagerechten nähert und das Mitreißen der Flüssigkeit sich infolgedessen irr' ganzen Bereich der Gas- bzw. Dampfdurchsätze vermindert Die Verminderung des Mitreißens gestattet einen erhöhten Gas- bzw. Dampfdurchsatz des Kontaktbodens, weil die obere Arbeitsgrenze des Bodens am häufigsten durch eine vertretbare mitgerissene Menge gegeben ist

Ein weiteres Merkmal einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zwischen der Ventildecke und dem Begrenzer der oberen Ventilstellung ein Spielraum besteht was einem Hängenbleiben des Ventils in seiner gehobenen Stellung vorbeugt und die Gleichmäßigkeit der Bodenfunktion erhöht

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Kontaktboden eines teilweise dargestellten Stoff- und Wärmetauscherj·,

F i g. 2 einen Ventilrohling;

F i g. 3 das Ventil in räumlicher Darstellung;

F i g. 4 eine Ventilanordnung auf dem Boden in räumlicher Darstellung;

F i g. 5 eine Ausführungsform des Begrenzers der oberen Ventilstellung;

F i g. 6 eine Draufsicht des Ventils mit dem Begrenzer der oberen Ventilstellung;

F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in F i g. 6;

F i g. 8 einen Längsschnitt durch das Ventil in seiner unteren Stellung;

Fig.9 in einem Längsschnitt die Anordnung des Ventils und des Begrenzers der oberen Ventilstellung unter Bildung eines Spielraumes zwischen ihnen und

F i g. 10 in einem Längsschnitt eine Ausführungsform des Begrenzers der oberen Ventilstellung.

Der Kontaktboden wird in einer an sich bekannten Weise in der vertikalen Kolonne 1 (Fig. 1) eines Stoff und Wärmelauschers montiert Der Kontaktboden enthält eine Grundplatte 2, in der Ventilöffnun£en 3 ausgeführt sind, einen Zufluß 4 und einen Abfluß 5. In jeder der Ventilöffnungen 3 ist ein Ventil 6 mit einseitigem Gas- bzw. Dampfaustritt angeordnet. Die Orientierung der Ventile 6 auf dem Boden kann in beliebiger bekannter Weise je nach Fliissigkeitsbeaufschlagung vorgenommen werden, wobei zur Erhöhung der Stoffaustauscheflektmiäl auf dem Kontaktboden

senkrechte Schneidewände mit Löchern oder Schlitzen von beliebiger bekannter Form vorgesehen werden können.

Jedes Ventil 6 ist aus einem Rohling 7 (Fig. 2) angefertigt, der die Form eines Kreisausschnittes mit abgeschnittener Spitze aufweist. Am Rohling 7 sind in der Nähe der abgeschnittenen Spitze kleine Kerben 8 eingeschlagen, um einen Begrenzer 9 der unteren Ventilstellung bilden zu können. Auf dem Rohling sind unterbrochene Linien 10, 11 und 12 markiert, längs deren die jeweiligen seitlichen Randteile 13 und 14. die die Seitenwände 15 (F i g. 3) des Ventils 6 bilden, und das Segmentteil 16 (F ig. 2). das einen Begrenzer 17 (F ig. 3) der unteren Ventilstellung bildet, abgebogen werden. Das Abbiegen der Randteile 13, 14 (Fig. 2) und des .Segmentteils 16 des Rohlings 7 erfolgt nach einer Seite, d. h. in Richtung der Grundplatte. Je nachdem, wie die Linien 10 und 11 verlaufen, ergibt sich eine unterschiedliche Form der Ventilderkp und drmuemäß dip Form des Ventils 6.

Wenn /.. B. die Linien 10 und Il (F i g. 4) zueinander parallel verlaufen, so weist die Ventildecke 18 die Form eines Rechteckes auf. wie aus F i g. 4 ersichtlich ist. wobei die Ventilöffnung 3 in der Grundplatte 2 in diesem Fall auch in Form eines Rechteckes ausgeführt wird. Sind die Linien 10 und 11 die Halbmesser eines Kreisausschnittes, wie dies aus F i g. 2 hervorgeht, so hat die Ventildecke 18(F ig. 3) die Form eines gleichschenk ligen Trapezes. Die Ventilöffnung 3 in der Grundplatte 2 wird dann in Form eines gleichschenkligen Trapezes ausgeführt, wie F i g. 5 und 6 es zeigen. Beim Einsetzen eines solchen Ventils in die Ventilöffnung 3 ist seine größere Grundlinie nach der Seite des in F i g. 7 mit Pfeilen A angedeuteten Gasaustritts gerichtet.

In der gesenkten (unteren) Stellung des Ventils (> (Fig. 8) gehen die Ventilseitenwände 15 in der Ventilöffnung 3 durch, während die Begrenzer 9 und 17 der unteren Ventilstellung die Grundplatte 2 berühren und das Ventil 6 am Durchfall durch die Ventilöffnung 3 hindern.

Über der Ventildecke 18 ist ein Begrenzer 19 der oberen Ventilstellung angebracht. Der Begrenzer 19 ist /.ui vjiuiiupiduc ^ uinci CIIICiIi ϊμιι/χιι 'niiikci λ geneigt.

der dem Hubwinkel des Ventils 6 gleich ist. Der Begrenzer 19 kann aus einer Platte ausgebildet sein, die mit einer ihrer Seiten an der Kante der Ventilöffnung 3 der Grundplatte 2 seitens der Ventilanordnung befestigt ist. Als Platte kann man jedoch auch das bei einem unvollständigen Ausstanzen der Ventilöffnung 3 entstehende Teil 20 (F i g. 5) der Grundplatte 2 ausnutzen, wie F i g. 4 und 5 es veranschaulichen. In diesem Fall u erden die Teile 20 der Grundplatte 2 um einen Winkel λ nach der Seite abgebogen, an der sich das Ventil befinden wird. Das Stanzen wird dabei so vorgenommen, daß das Teil 20 der Grundplatte 2 mit einem Fuß 21 ausgestanzt wird. Unter diesen Fuß wird beim Einsetzen des Ventils der Begrenzer 9 der unteren Ventilstellung eingeführt, dessen Stellung aus Fig. 4 und 6 ersichtlich ist. Beim

' Einsetzen der Ventile werden alle die Begrenzer 19 bildenden Platten (Fig. 7) um einen Winkel \|, der etwas größer ist als der Ventilhubwinkl ix, abgebogen und dann, wenn die Ventile in die Ventilöffmingen der Grundplatte eingesetzt sind, wieder derart gesenkt, daß

> sie den Winkel λ mit der Grundplatte 2 einschließen. In dieser .Stellung hüll der Begrenzer 19 das Ventil so. daß die Ventilseitenwände I¹S in seiner gehobenen Stellung nicht ganz aus der öffnung heraustreten.

Diis SegmentK-il 16 (I ι g .9), d.h. der Begrenzer 17

■ der unteren Stel ung des Ventils 6. ist in Richtung der Grundplatte 2 um einen Winkel ix₂ abgebogen, der dem Winkel .x des größten \ entilhubes gleich ist.

Der Begrenzer 19 der oberen Ventilstellung kann hpim vollpn Vpnlilhnh dip VVntilnVrlip IA u/ip Pia 7 r^ zeigt, berühren, oder es kann ein Spielraum 22 (F i g. 4. 9) dazwischen eingestellt werden. Dieser Spielraum 22 kann durch die Ansätze 23. die am Begrenzer 19 an seiner der Ventiklecke 18 zugekehrten Seite angebracht sind, zustande kommen. Es ist aber auch möglich, diesen Spielraum 22 auf beliebige andere Art entstehen zu lassen, z. B. indem man die Ansätze an der Ventildecke 18 anbringt oder dem Begrenzer 19 eine gekrümmte Form, w:" es aus F i g 10 hervorgeht, gibt.

Wenn der Stoff- und Wärmetauscher mit niedrigen Gasdurchsätzen betrieben wird, befinden sich die Ventile 6 in der geschlossenen, d.h. in de; unteren Stellung, wobei das Ventil 6 (Fig. 8) sich auf die Grundplatte 2 mit den Begrenzern 17 und 9 der untere:, Ventilstellung stützt und die Ventilseitenwände 15 durch die Bodenöffnung hindurchgehen.

Da der Begrenzer 17 ein Segmentteil des Kreisaus schnittes ist. stütz! er '.ich auf die Grundplatte 2 in einem Punkt, beiderseits dessen Spalte 24 bleiben Durch diese Spalte 24 komm; das das mit der Flüssigkeit in Berührung. Mit zunehmendem Gasdurchsatz erfolgt das Offnen, d.h. das ileben de Ventils, welches so lange dauer!, bis die Vcntildeckc 18 den Begrenzer 19 der oberen veniiisieiiung oder seine Ansätze 2 > irig. v; berühr: Das Gas bzw. der Dampf beginnt durch den sich erweiternden Spalt auf den Boden zu gelangen und tritt in Strahlen in der mit den Pfeilen Λ (Fig. 7) angedeuteten Richtung durch die Flüssigkci" (Fig. 1) durch. Die Gasstrahlen und die von ihnen erzeugten Flüssigkeitsstrom': wirken miteinander intensiv zusammen. Im wt itert-n gelangt der Gasstrom auf den höherliegenden Kontaktboden, während die Flüs<;^;7keit über den AbfluC 5 auf den tieferliegenden Boden herabfließt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche;

J, Kontaktboden für Stoff- und Wärmetauscher, der eine Grundplatte mit öffnungen und mit in ihnen eingesetzten, eine Ventildecke, Ventilseitenwände und Begrenzer der oberen und der unteren Ventilstellung aufweisenden Ventilen mit einseitigem Gasaustritt enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (6) aus einem Rohling (7) angefertigt ist, der die Form eines Kreisausschnit- ι ο tes mit abgeschnittener Spitze hat, dessen seitliche Randteile (13, 14) und dessen Segmentteil (16) in Richtung der Grundplatte (2) abgebogen sind, um jeweils die Ventilseitenwände (15), einen der Begrenzer für die untere Ventilstellung und die Ventildecke (18) zu bilden.
2. Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Randteile (13,14) des Kreisausschnittes längs seines Halbmessers abgebogen sind, wodurch die Ventildecke (18) ohne Begrenzer (17, 19) der unteren Ventiisteüung die Form eines gleichschenkligen Trapezes hat, dessen größere Grundlinie nach der Seite des Gasaustritts aus dem Ventil weist.
3. Kontaktboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über der Ventildecke (18) ein zur Grundplatte (2) unter einem spitzen Winkel geneigter Begrenzer (19) der oberen Ventilstellung angeordnet ist
4. Kontaktboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichi^t, daß der Begrenzer (19) der oberen Ventilstellung durch eine Plat!= gebildet ist, die mit einer ihrer Seiten an der Kante der Ventilöffnung (3) der Grundplatte (2) auf der S-nte des Ventils (6) befestigt ist. »
5. Kontaktboden nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte ein bei einem unvollständigen Ausstanzen der Ventilöffnung (3) entstandenes Teil (20) der Grundplatte (2) darstellt.
6. Kontaktboden nach den Ansprüchen 1 bis 5, ίο dadurch gekennzeichnet, daß das Segmentteil (16) des Kreisausschnittes in Richtung der Grundplatts (2) um einen Winkel (a₂), der dem Winkel (λ) des größten Ventilhubes gleich ist, abgebogen ist.
7. Kontaktboden nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ventildecke (18) und dem Begrenzer (19) der oberen Ventilstellung ein Spielraum (22) besteht.