DE2846679A1

DE2846679A1 - Self-regulating exchanger element for exchanger column - has vapour inlet opened proportionately to fluid height on bottom

Info

Publication number: DE2846679A1
Application number: DE19782846679
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Wiessner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1980-05-08

Abstract

A sleeve projects downwards from a bottom partition in a column for the exchange of matter between fluid and gaseous media which are directly contacted with each other. In its upper zone the sleeve has a number of slots which are pref. parallel to the axis of the sleeve and form passages. Inside the sleeve which is movable up and down, is pressed upwards by a spring. The hood has side cheeks reaching downwards which close the section of the sleeve, and is restricted in its up and down motion by stops. In the top position the side cheeks close the slots whilst in the bottom position of the hood the slots are fully open. Used to remedy the failings of conventional exchanger elements esp. in rectifying columns which act differently according to the level of the fluid on the bottom, so that the operation is inefficient. The control of the exchanger is not now effected by interplay between vapour flow and fluid height, but by their spen. The column of fluid represents one quantity whilst the vapour flow represents a variable quantity.

Description

Selbstregelndes Austauschelement für Böden Self-regulating replacement element for floors

Die Erfindung betrifft ein selbstregelndes Austauschelement mit veränderlichem Durchschnittsquerschnitt fUr Böden in Stoffaustauschkolonnen, in denen flüssige und gasförmige Fluide in direkten Kontakt miteinander gebracht werden.The invention relates to a self-regulating exchange element with variable Average cross-section for soils in mass transfer columns in which liquid and gaseous fluids are brought into direct contact with one another.

Ventile als Austauschelementesind in E. Kirschbaum, Destillier- und Rektifiziertechnik, Springer-Verlag 1969, Seite 367, beschrieben. Der Ventilboden, auf dem sich die zu rektifizierende Flüssigkeit ansammelt, ist mit Bohrungen versehen, die mit Ventiltellern verschlossen sind. FUhrungselemente, die zugleich eine Hubbegrenzung darstellen, ermöglichen es, daß die Ventilteller durch den Druck des nach oben strömenden Dampfes angehoben werden und auf diese Weise einen die durchfließende Dampfmenge durch den Dampfdruck der durchströmenden Dampfmenge selbsttätig regulierenden Durchströmquerschnitt freigeben.Valves as exchange elements are in E. Kirschbaum, Distillier- and Rectification technology, Springer-Verlag 1969, page 367, described. The valve bottom, on which the liquid to be rectified collects is provided with holes, which are closed with valve disks. Guide elements, which at the same time limit the stroke represent, make it possible that the valve disc by the pressure of the upward flowing Steam are raised and in this way the amount of steam flowing through The flow cross-section is automatically regulated by the steam pressure of the amount of steam flowing through release.

Ein entscheidender Nachteil der bekannten Austauschelemente zeigt sich, wenn der Flüssigkeitsstand sich Uber dem Bodenquerschnitt ändert, wie das z.B. beim Einsatz von Rektifiziersäulen auf Produktionsinseln im Offshore-Bereich der Fall ist In den Bereichen mit höherem Flüssigkeitsstand verkleinern sich die Durchtrittsöffnungen durch den auf dem Ventilboden lastenden größeren statischen Flüssigkeitsdruck, während sich umgekehrt in Bereichen mit niedrigerem Flüssigkeitsstand die Ventile weiter öffnen. Je mehr Flüssigkeit somit auf dem Boden lastet, desto geringer und je weniger Flüssigkeit auf ihm lastet, desto höher ist also der Dampfdurchsatz. Diese Eigenschaft der bisher bekannten Ventilböden verschlechtert die rektifizierende Wirkung einer 5 toffaustauschkolonne erheblich.A decisive disadvantage of the known exchange elements shows when the liquid level changes above the bottom cross-section, like that e.g. when using rectifying columns on production islands in the offshore area the Case is decrease in the areas with a higher liquid level the passage openings through the larger static pressure on the valve base Fluid pressure, while vice versa in areas with lower fluid levels open the valves further. The more liquid there is on the floor, the more and the less liquid there is on it, the higher the steam throughput. This property of the previously known valve bases worsens the rectifying Effect of a 5 mass transfer column.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein selbstregelndes Austauschelement zu entwickeln, mit dem ohne erheblichen technischen Aufwand ein gleichmäßiges rektifikatorisches Verhalten von Stoffaustauschkolonnen auch bei sich über dem Bodenquerschnitt änderndem Flüssigkeitsstand erzielt werden kann.The invention is therefore based on the object of a self-regulating Develop a replacement element with the one without significant technical effort uniform rectificatory behavior of mass transfer columns, even in oneself Above the bottom cross-section changing liquid level can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Austauschelement eine vom Boden nach unten weisende, in ihrem oberen Bereich mit Durchtrittsöffnungen versehene Hülse aufweist, eine in der Hülse nach oben und unten bewegbare, durch Federkraft nach oben gedrückte Haube mit herabgezogenen Seitenwangen, die den Querschnitt der Hülse verschließt und mit obere und und untere Endlagen der Haube begrenzenden Anschlägen, wobei die Durchtrittsöffnungen von den Seitenwangen in der oberen Endlage im wesentlichen verschlossen und in der unteren Endlage freigegeben werden.According to the invention, this object is achieved in that the replacement element one pointing downwards from the bottom, with through openings in its upper area has provided sleeve, a movable up and down in the sleeve, through The hood is pushed upwards by spring force and the side cheeks are pulled down, forming the cross-section the sleeve closes and delimiting the upper and lower end positions of the hood Stops, the passage openings from the side cheeks in the upper end position are essentially closed and released in the lower end position.

Beim Betrieb der Stoffaustauschkolonne wird die Haube durch Federkraft zunächst an den oberen Anschlag gedrückt, wobei ihre Seitenwangen die Durchtrittsöffnungen an der Hülse verschließen. Durch die auf dem Boden angestaute Flüssigkeit wird nun die Haube nach unten gedrückt und gibt die Durchtrittsöffnungen frei. Je mehr Flüssigkeit auf dem Austausch- element lastet, umso tiefer wird die Haube herabgedrückt und umso größer ist auch der freigegebene Durchtrittsquerschnitt.When the mass transfer column is in operation, the hood is opened by spring force first pressed against the upper stop, with its side cheeks the passage openings close on the sleeve. The liquid that has accumulated on the floor will now the hood is pressed down and releases the openings. The more liquid on the exchange element, the lower the hood is pushed down and the greater the clearance cross-section.

Analog verkleinert sich der Durchtrittsquerschnitt bei geringerer Flüssigkeitsbelastung.Analogously, the passage cross-section decreases with a smaller one Fluid exposure.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird die Regelung des Austauschelements nicht mehr durch ein Zusammenspiel von Dampfstrom und Flüssigkeitssäule erzielt, sondern durch deren Trennung, wobei die Flüssigkeitssäule die Stellgröße und der Dampfstrom die Regelgröße darstellen. Es stellt sich somit immer ein optimales Verhältnis Flüssigkeitshöhe/ Dampfdurchsatz ein.The subject matter of the present invention is the regulation of the exchange element is no longer due to the interaction of vapor flow and liquid column achieved, but by separating them, with the column of liquid being the manipulated variable and the steam flow represent the controlled variable. So there is always an optimal one Liquid height / vapor throughput ratio.

Aus herstellungstechnischen Gründen weist die Hülse bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes einen kreisförmigen Querschnitt auf.For manufacturing reasons, the sleeve in a preferred Embodiment of the subject invention has a circular cross section.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die Hülse an ihrer Unterseite mit einem Boden versehen.According to a further embodiment of the subject matter of the invention the sleeve provided with a bottom on its underside.

Der Hülseboden dient als unterer Anschlag fUr die Haube. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Hülsenboden als Auflage für eine an der Haube angreifende Druckfeder ausgebildet ist.The bottom of the case serves as a lower stop for the hood. Particularly It is advantageous if the bottom of the case serves as a support for one that acts on the hood Compression spring is formed.

Da die Haube in der Regel nicht flüssigkeitsdicht mit der Hülse abschließt, tropft Flüssigkeit auf den Hülsenboden durch.Since the hood is usually not liquid-tight with the sleeve, drips liquid through to the bottom of the pod.

Damit sich keine Flüssigkeit auf dem Hülsenboden ansammeln kann, was die Beweglichkeit der Haube behindern würde, ist gemäß einer Modifikation des Erfindungsgegenstandes der Hülse boden mit mindestens einem Loch versehen.So that no liquid can collect on the case base, what would hinder the mobility of the hood, is according to a modification of the subject matter of the invention the bottom of the sleeve provided with at least one hole.

Eine besonders gleichmäßige Veränderung des Druchtrittsquerschnitts läßt sich erzielen, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes die Durchtrittsöffnungen durch parallel zur Bewegungsrichtung der Haube verlaufende Schlitze gebildet sind. Selbstverständlich ist aber auch eine andere Form der Durchtrittsöffnungen möglich.A particularly uniform change in the cross-section of the passage can be achieved if, according to an advantageous embodiment of the subject matter of the invention the passage openings through parallel to the direction of movement of the hood Slots are formed. But it goes without saying also another Shape of the passage openings possible.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung steigt der Dampfdurchsatz gerade an den Stellen, wo dies besonders erwünscht ist, nämlich dort, wo auch die Flüssigkeitsbelastung besonders hoch ist und umgekehrt.The subject of the present invention increases the steam throughput especially in those places where this is particularly desirable, namely where the Fluid load is particularly high and vice versa.

Die Verteilung und Anzahl der Austauschelemente auf dem Boden richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen.The distribution and number of exchange elements on the floor is aimed according to the respective requirements.

Die Einsatzmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Austauschelements lassensich durch Variation der Feder, der Größe und Anordnung der Durchtrittsöffnungen, des freien Weges für die Haube und des Durchmessers der Hülse über einen weiten Bereich variieren.The possible uses of an exchange element according to the invention can be made by varying the spring, the size and arrangement of the openings, the free path for the hood and the diameter of the sleeve over a wide area Range vary.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Austauschelement sind Rektifiziersäulen.Preferred field of application for the exchange element according to the invention are rectifying columns.

Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.Further details of the subject matter of the invention are based on a schematically illustrated embodiment described.

Hierbei zeigen: Figur 1 ein erfindungsgemäßes #ustauschelement, Figuren 2a und 2b die Regelcharakteristik eines erfindungsgemäßen Austauschelements.The following show: FIG. 1 an exchange element according to the invention, figures 2a and 2b show the control characteristics of an exchange element according to the invention.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Austauschelement 2, das in einer oeffnung eines Bodens 1 einer Stoffaustauschkolonne angebracht ist. Das Austauschelement 2 besteht im wesentlichen aus einer am Boden 1 befestigten und von diesem nach unten weisenden Hülse 3. Die Hülse 3 weist in ihrem oberen Bereich Durchtrittsöffnungen 4 in Form von Längsschlitzen auf. In der Hülse 3 ist nach oben und unten beweglich eine Haube 5 angeordnet, die den freien Querschnitt der Hülse 3 überdeckt.Figure 1 shows an inventive exchange element 2, which in a opening of a tray 1 of a mass transfer column is attached. The exchange element 2 consists essentially of one attached to the floor 1 and from this downwards facing sleeve 3. The sleeve 3 has passage openings in its upper area 4 in the form of longitudinal slots. In the sleeve 3 is up and A hood 5 is arranged at the bottom so as to be movable, which covers the free cross-section of the sleeve 3 covered.

Die Haube 5 weist herabgezogene Seitenwangen auf, die parallel zur Seitenwand der Hülse 3 verlaufen. Der Weg der Haube 5 wird nach obendurch einen Anschlag 11 und unten durch einen Hülsenboden 7 begrenzt, der die Hülse 3 unten abschließt. Die Größe und Lage der Durchtrittsöffnungen 4 und der Seitenwangen der Haube 5 sind derart aufeinander abgestimmt, daß die Durchtrittsöffnungen 4 in der oberen Endlage der Haube 5 von den Seitenwangen im wesentlich en verschlossen und in der unteren Endlage freigegeben werden.The hood 5 has pulled down side walls that are parallel to Side wall of the sleeve 3 run. The way of the hood 5 is up through a Stop 11 and limited below by a sleeve bottom 7, which the sleeve 3 below concludes. The size and position of the passage openings 4 and the side walls of the Hood 5 are coordinated so that the passage openings 4 in the the upper end position of the hood 5 is essentially closed by the side walls and released in the lower end position.

Eine Spiralfeder 6, die sich am Hülsenboden 7 abstützt, drückt die Haube 5 nach oben. Damit Flüssigkeit, die möglicherweise durch den nicht völlig dichten Spalt zwischen Hülse 3 und Haube 5 auf den Hülsenboden 7 tropft, abfließen kann, ist im Hülsenboden 7 ein Loch 8 vorgesehen. Selbstverständlich können auch mehrere Löcher vorgesehen sein.A spiral spring 6, which is supported on the case base 7, pushes the Hood 5 upwards. So that fluid that may not be completely through the tight gap between the sleeve 3 and the hood 5 drips onto the sleeve base 7, drain can, a hole 8 is provided in the case base 7. Of course you can too several holes may be provided.

Durch das Gewicht der sich auf dem Boden 1 ansammelnden Flüssigkeit 9 wird die Haube 5, Je nach Höhe der Flüssigkeitssäule, mehr oder weniger nach unten gedrückt und gibt dabei die Durchtrittsöffnungen 4 mehr oder weniger frei. Eine mehr oder weniger große Dampfmenge 10 gelangt dadurch in die Flüssigkeit. Regelnde Größe ist einzig die Standhöhe der Flüssigkeit 9 auf dem Boden 1.By the weight of the liquid accumulating on the bottom 1 9, the hood 5, depending on the height of the liquid column, more or less downwards pressed and is the passage openings 4 more or less free. One more or less large amount of steam 10 thereby gets into the liquid. Regulating The only size is the level of the liquid 9 on the floor 1.

Die Regelcharakteristik des erfindungsgemäßen Austauschelements zeigen die Figuren 2a und 2b. In Figur 2a ist die Absenktiefe y der Haube 5 als Funktion der Höhe x der auf der Haube 5 lastenden Flüssigkeitssäule dargestellt. Bis zu einer gewissen Höhe xe hält die Federkraft dem Druck der Flüssigkeitssäule stand und gibt dann proportional zur Zunahme der Flüssigkeit nach, bis die Haube 5 bei xl am unteren Anschlag ansteht. Der Dampfdurchsatz t durch die Durch- trittsöffnungen 4, der proportional der relativen Querschnittsöffnung ff ist, ist in Abhängigkeit von der Standhöhe h der Flüssigkeit 9 auf dem Boden 1 in Figur 2b dargestellt. Zunächst strömt nur eine kleine Dampfmenge durch die von der Haube nicht gänzlich verschlossenen Durchtrittsoeffnungen 4. Sobald die Haube abzusinken beginnt (Standhöhe ho) nimmt der Dampfdurchsatz proportional zur Standhöhe zu, bis die Haube am unteren Anschlag ansteht (Standhöhe h1). Auch bei größerer Flüssigkeitsbelastung kann nun der Dampfdurchsatz nicht mehr größer werden.Show the control characteristics of the exchange element according to the invention Figures 2a and 2b. In Figure 2a, the lowering depth y of the hood 5 is a function the height x of the liquid column bearing on the hood 5 is shown. Up to one The spring force withstands the pressure of the liquid column and gives a certain height xe then proportional to the increase in the liquid after until the hood 5 at xl at the bottom Stop is pending. The steam throughput t through the entry openings 4, which is proportional to the relative cross-sectional opening ff, is dependent of the level h of the liquid 9 on the floor 1 in Figure 2b. First Only a small amount of steam flows through those not completely closed by the hood Passage openings 4. As soon as the hood begins to sink (standing height ho) the steam throughput proportional to the standing height until the hood is at the bottom pending (stand height h1). The steam throughput can now also be increased when the liquid is heavily loaded don't get any bigger.

Claims

Claims 1. Self-regulating exchange element with variable Cross-section for trays in mass transfer columns in which liquid and gaseous fluids are brought into direct contact with one another, marked by one pointing downwards from the bottom (1) and with through openings in its upper area (4) provided sleeve (3), one in the sleeve (3) movable up and down, through Hood (5) pushed upwards by spring force with pulled-down side cheeks that support the Cross-section of the sleeve (3) closes and with the upper and lower end positions of the hood (5) limiting stops (11), the passage openings (4) from the side walls essentially closed in the upper end position and released in the lower end position will.

2. Self-regulating exchange element according to claim 1, characterized in that that the sleeve (3) has a circular cross-section.

3. Self-regulating exchange element according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the sleeve (3) on its underside with a sleeve base (7) is provided.

4. Self-regulating exchange element according to claim 3, characterized in that that the sleeve base (7) serves as a support for a compression spring acting on the hood (5) (6) is formed.

5. Self-regulating exchange element according to claim 3 or 4, characterized characterized in that the sleeve base (7) is provided with at least one hole (8).

6. Self-regulating exchange element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the passage openings (4) through parallel to the direction of movement the hood (5) extending slots are formed.