DE2901935C2 - Wärme- und Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärme- und Stoffaustauschkolonne, in der ein flüssiges und ein gasförmiges Fluid gegeneinander strömen und die senkrecht zur Kolonnenachse in einzelne, durch Zwischenräume voneinander getrennte Stoffaustßuschab chnitte unterteilt ist, mit Flüssigkeitssammlcrn und nachfolgenden Flüssigkeitsverteilern in den Zwischenräur cn, wobei die Flüssigkeitssammler Leitelemente aufweisen.

Eine derartige Kolonne ist aus der deutschen öffeniegungsschrift 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 zunichte 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 nächsttieferen Abschnitt zvgeführt wird.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung werden auch die Fiüssigkeitssammler 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 Fiüssigkeitssammler 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 Leitelemente über einen weiten Bereich den gestellten Betriebsanforderungen anpassen.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Stoffaustauschkolonne,

F i g. 2 eine Detailansicht von F i g. 1.

F i g. 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

so nach unten und das Gas von unten nach oben strömt. Als Anwendungsbeispiele für derartige Kolonnen seien Waschen und Rektifikation genannt. Die Kolonne 1 weist mehrere mit vertikalem Abstand zueinander angeordnete Austauschabschnitte auf; in der F i g. 1 sind zwei Abschnitte 2 und 3 dargestellt. Die Abschnitte 2,3 enthalten eine Packung aus einem Füllkörpermaterial. Aufgrund von Inhomogenitäten in den Packungen oder bedingt durch eine Neigung der Kolonne 1 gegen die Vertikale kommt es während des Durchströmens der Packung zu einer Ungleiehverteilung der dureh die Pakkung 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 Flüssigkeitsver-

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teiler 7 zuführt (Pfeile 9), der die Flüssigkeit gleichmäßig verteilt auf die nächsttiefere Packung 3 aufgibt (dargestellt durch Pfeile 10). Der Flüssigkeitssammler 4 hat die Form eines sich nach unten verjüngenden 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 unterea In der Figur sind fünf Leitelemente 5 dargestellt, es ist aber auch jede beliebige andere Anzahl von Leitelementen 5 möglich. Zwisehen jeweils zwei benachbarten Leiteiementen 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 F i g. 2 beschrieben, die eine vergrößerte Detailansicht von F ■ g. 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 Flüssigkeitssammler 4 an den ringförmige;» 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-FIüssigkeitskontakL

Durch Variation der Anzahl der Leitelementc 5, des Neigungswinkels α gegen die Horizontale und der Breite a der Leitelemente 5, des vertikalen Abstandes b zweier benachbarter Leitelemente 5 sowie des Grades ihrer Überlappung, der sich aus der Differenz c der Radien des oberen Randes des unteren Leitelementes und des unteren Randes des benachbarten oberen Leitelernentes ergibt, läßt sich der Flüssigkcitssarr.rnler und damit die Wärme- und Stoffaustauschkolonne den jeweiligen Aufgaben optimal anpassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -to

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Claims (3)

29 Ol 935 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