DE2901935A1

DE2901935A1 - Waerme- und stoffaustauschkolonne

Info

Publication number: DE2901935A1
Application number: DE19792901935
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Wiessner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1979-01-19
Filing date: 1979-01-19
Publication date: 1980-07-31
Also published as: DE2901935C2

Description

Wärme- und Stoffaustauschkolonne
Die Erfindung betrifft eine Wärme- und Stoffaustauscfikolonne, in der ein flüssiges und ein gasförmiges Fluid gegeneinander strömen und die senkrecht zur Kolonnenachse in einzelne, durch Zwischenräume voneinander getrennte Stoffaustauschabschnitte unterteilt ist, mit Flüssigkeitssammlern und nachfolgenden Flüssigkeitsverteilern in den Zwischenräumen, wobei die Flüssigkeitssammler Leitelemente aufweisen.
Eine derartige Kolonne ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 42 884 bekannt. Nachdem die von oben nach unten fließende Flüssigkeit einen Kolonnenabschnitt durchströmt hat, wird sie in einer Auffangvorrichtung, die aus gegen die Horizontale geneigten Leitelementen zusammengesetzt ist, gesammelt und einer nachfolgenden Verteilvorrichtung zugeführt, in der die Flüssigkeit gleichmäßig verteilt und auf den nächstfolgenden Kolonnenabschnitt aufgegeben wird Am Beginn eines jeden Kolonnenabschnitts wird auf diese Weise eine für einen guten Wärme- und Stoffaustausch erforderliche Gleichverteilung der Flüssigkeit über den Kolonnenquerschnitt hergestellt.
Der durch die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung erzielte Vorteil wird jedoch dadurch mindestens zum Teil wieder zunicht gemacht, daß der durch die Flüssigkeitssammler und Flüssigkeitsverteiler beanspruchte Raum in der Kolonne für den Stoffaustausch verlorengeht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wärme-und Stoffaustauschkolonne zu entwickeln, die sich durch gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung und gute Stoffaustauscheigenschaften auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeitssammler in Form von sich nach unten verjüngenden Trichtern aufweisen und die Leitelemente dachziegelartig angeordnet sind.
Unterhalb eines Jeden Kolonnenabschnitts ist symmetrisch zur Kolonnenachse ein Flüssigkeitssammler angeordnet, dessen Leitelemente in senkrechter Projektion den gesamten Kolonnenquerschnitt überdecken, um ein Durchfallen von Flüssigkeit zu verhindern. Die Leitelemente sind so angeordnet, daß zwischen Je zwei Leitelementen eine schlitzartige Gasdurchtrittsöffnung bleibt, durch die das in der Kolonne von unten nach oben strömende Gas durch den Flüssigkeitssammler nach oben in den nächsthöheren Kolonnenabschnitt gelangen kann.
Die in dem Flüssigkeitssammler gesammelte Flüssigkeit wird dann einem Verteiler zugeführt, in dem sie gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilt und dem nächst tieferen Abschnitt zugeführt wird.
Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung werden auch die Flüssigkeitssammler für den Stoffaustausch genutzt. Zwischen der auf den Leitelementen abfließenden Flüssigkeitsschicht und den durch die Schlitze zwischen Je zwei Leitelementen strömenden Gas findet ein direkter Stoffaustausch statt; der Flüssigkeitssammler hat die Wirkung eines Austauschbodens. Der Flüssigkeitssammler zeichnet sich durch geringen gasseitigen Druckverlust, einfache Bauart und geringe Bauhöhe aus. Er ist für einen breiten Flüssigkeitsbelastungsbereich geeignet.
Es erweist sich als günstig, wenn in Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes die Unterkante eines Leitelements mit vertikalem Abstand zur Oberkante des nächsttieferen Leitelements angeordnet ist, da somit die Umlenkdruckverluste des Gases verringert werden, ohne die Funktion des Sammlers zu beeinträchtigen.
Gemäß einer vorteilhaften Modifikation des Erfindungsgegenstandes ist das unterste Leitelement mit einem Ablaufstutzen versehen. Der in der Kolonnenachse angeordnete und mit dem untersten Leitelement verbundene Ablaufstutzen nimmt die gesamte den Flüssigkeitssammler verlassende Flüssigkeit auf und leitet sie in den Verteiler.
Die erfindungsgemäße Wärme- und Stoffaustauschkolonne läßt sich durch Variation der Breite, Anzahl und Neigung der Leitelemente, sowie des Grades der überlappung und des vertikalen Abstandes Je zweier Leitlemente über einen weiten Bereich den gestellten Betriebsanforderungen anpassen.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigt: Figur 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Stoffaustauschkolonne Figur 2 eine Detailansicht von Figur 1.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Wärme- und Stoffaustauschkolonne 1. in der eine Flüssigkeit und ein Gas in direkten Kontakt miteinander gebracht werden, wobei die Flüssigkeit von oben nach unten und das Gas von unten nach oben strömt. Als Anwendungsbeispiele für derartige Kolonnen seien Wäschen und Rektifikation genannt. Die Kolonne 1 weist mehrere mit vertikalem Abstand zueinander angeordnete Austauschabschnitte auf; in der Figur 1 sind zwei Abschnitte 2 und 5 dargestellt. Die Abschnitte 2, 3 enthalten eine Packung aus einem Füllkörpermaterial. Aufgrund von Inhomogenitäten in den Packungen ader bedingt durch eine Neigung der Kolonne 1 gegen die Vertikale kommt es während -des Durchströmens der Packung zu einer Ungleichverteilung der durch die Packung strömenden Flüssigkeit, die zunächst gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilt war. Da der Wirkungsgrad der Kolonne von einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit abhängt, ist zwischen je zwei Packungen 2, 3 ein Flüssigkeitssammler 4 vorgesehen, der die über dem gesamten Kolonnenquerschnitt anfallende Flüssigkeit (dargestellt durch die Pfeile 8) aufnimmt und sie einem nachfolgenden Flüssigkeitsverteiler 7 zuführt(Pfeile 9), der die Flüssigkeit gleichmäßig verteilt auf die nächst tiefere Pakkung 3 aufgibt (dargestellt durch Pfeile 10). Der Flüssigkeitssammler 4 hat die Form eines sich nach unten verjffngenden Trichters und ist aus mehreren dachziegelartig angeordneten Leitelementen zusammengesetzt, wobei jeweils der untere Rand des oberen einen größeren Durchmesser aufweist als der obere Rand des unteren. In der Figur sind fünf Leitelemente 5 dargestellt, es ist aber auch jede beliebige andere Anzahl von Leitelementen 5 möglich. Zwischen Jeweils zwei benachbarten Leitelementen 5 ergeben sich ringförmige Schlitze 12, durch die das Gas nach oben strömt (Pfeile 11). Das unterste Leitelement ist mit einem Stutzen 6 versehen, der in den Flüssigkeitsverteiler 7 mündet.
Das Prinzip des Flüssigkeitssammlers wird anhand von Figur 2 beschrieben, die eine vergrößerte Detailansicht von Figur 1 darstellt. Gleiche Bauteile tragen in beiden Figuren dieselben Bezugszeichen. Die Flüssigkeit fließt entlang der Leitelemente 5 nach unten (Pfeil 9). Das von unten nach oben strömende Gas durchdringt den Flüssigkeitssamller4 an den ringförmigen Schlitzen 12, die sich zwischen Je zwei Leitelementen 5 bilden und durchströmt dort den Film der nach unten ablaufenden Flüssigkeit 9. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitssammler 4 erfüllt somit ähnliche Aufgaben wie ein Kolonnenboden und ermöglicht auch in diesem Bereich einen intensiven Gas-Flüssigkeitskontakt.
Durch Variation der Anzahl der Leitelemente 5, des Neigungswinkels oc gegen die Horizontale und der Breite a der Leitelemente 5, des vertikalen Abstandes b zweier benachbarter Leitelemente 5 sowie des Grades ihrer Uberlappung, der sich aus der Differenz c der Radien des oberen Randes des unteren Leitelementes und des unteren Randes des benachbarten oberen Leitelementes ergibt, läßt sich der Flüssigkeitssammler und damit die Wärme- und Stoffaustauschkolonne den jeweiligen Aufgaben optimal anpassen.

Claims

Patentansprüche 1. Wärme- und Stoffaustauschkolonne, in der ein flüssiges und ein gasförmiges Fluid gegeneinander strömen und die senkrecht zur Kolonnenachse in einzelne, durch Zwischenräume voneinander getrennte Stoffaustauschabschnitte unterteilt ist, mit Flüssigkeitssammlern und nachfolgenden Flüssigkeitsverteilern in den Zwischenräumen, wobei die Flüssigkeitssammler Leitelemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssammler (4) die Form von sich nach unten verjüngenden Trichtern aufweisen und die Leitelemente (5) dachziegelartig angeordnet sind.
2. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante eines Leitelements (5) mit vertikalem Abstand zur Oberkante des nächsttieferen Leitelements (5) angeordnet ist.
3. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unterste Leitelement (5) mit einem Ablaufstutzen (6! versehen ist.