DE2923198A1 - Fluessigkeitsverteileinrichtung fuer austauschkolonnen - Google Patents

Description

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JENAer GLASWERK
SCHOTT & GEN.
Hattenbergstraße IO 6500 Mainz

Flüssigkeitsverteileinrichtung für Austauschkolonnen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Flüssigkeitsverteilersystem zum Einbau in Stoffaustauschkolonnen.

Verteileinrichtungen haben die Aufgabe, einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom in möglichst viele Teilströme so zu zerteilen, daß sich für alle Teilflächen des zu berieselnden Kolonnenquerschnittes eine gleiche oder innerhalb akzeptabler

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Grenzen schwankende Flüssigkeitsbelastung (Einheit: m /m /see) ergibt. Gleichzeitig müssen die Verteileinrichtungen so gestaltet sein, daß sie dem aufsteigenden Dampf- oder Gasstrom nicht den Weg versperren.

Bisher gibt es im wesentlichen drei Wirkprinzipien, nach denen eine Flüssigkeitsverteilung im oben beschriebenen Sinn verwirklicht werden kann.

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i.

1.1 Verteilung in einen Tropfenschwarm durch eine Zerstäuberdüse:

Dieses Prinzip bringt nur dann befriedigende Ergebnisse, wenn ein bestimmter Vordruck (etwa 1 bar) zur Verfügung steht.

Beispiel: Düse

1.2 überlauf über ein Wehr

Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale oder einem Rinnensystem zugeführt, deren Wände an ihren Kanten mit mehreren Einkerbungen beliebiger Form versehen sind, durch die die
Flüssigkeit in Form.eines Überfalles ausströmt.

Beispiel: Tüllenverteiler

1.3 Ausfluß aus einer Bohrung

Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale, einem Rinnensystem oder einer Rohranordnung zugeführt, die alle auf einer Unterseite eine Reihe von Bohrungen besitzen, aus denen die Flüssigkeit infolge des hydrostatischen Druckes ausströmt.

Beispiel: Röhrenverteiler,
Ringbrause

Diese bekannten Prinzipien haben schwere Nachteile:

zu 1.1 Dieses Prinzip läßt sich nicht mit natürlichem Zulauf innerhalb einer Kolonne einsetzen (z.B. für die Widerverteilung).

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Zu 1.2 Das Prinzip "Überlauf über ein Wehr" hat die Nachteile, daß es mit befriedigender (Abweichung der Volumenteilströme vom mittleren Volumenteilstrom: ca 30 %) Genauigkeit nur bei großen Volumenströmen arbeitet und daß die Genauigkeit prinzipiell begrenzt ist.

So gelten für eine rechteckige bzw. dreieckige Kerbe folgende Beziehungen:

= h ' h. Überlaufhöhe

bzw.

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= h ' V: Volumenstrom

So ergibt eine Schwankung der Überlaufhöhe h um + 20 % ' eine Schwankung des Teilvolumenstromes im ersten Fall um ca. 30 % und im zweiten Fall um ca. 50 %.

Erschwert wird die .Konstanthaltung der Teilvolumenströme zusätzlich dadurch, daß die absoluten Überlaufhöhen meistens sehr gering sind (2 bis 6 mm) und deshalb eine zulässige Schwankung von V selbst von 30 % hohe Anforderungen an den genauen Einbau des Verteilersystems stellt.

Die handelsüblichen Verteilerböden arbeiten nach dem Wehrprinzip. Ihre Herstellkosten sind hoch wegen der erforderlichen Fertigungsgenauigkeit.

Besteht der Verteilerboden aus einer Schale mit Tüllen, so ist der freie Dampfquerschnitt nicht größer als 50 %. Er wird noch kleiner, wenn gefordert wird, daß der Kolonnenquerschnitt bis zum Rand gleichmäßig mit Flüssigkeit beaufschlagt werden soll. ·

Zu 1.3 Dieses Prinzip hat zwar eine erheblich höhere Genauigkeit { ν*·Ν> h ' ) und eignet sich auch für kleinere Mengen; es besitzt aber wieder entscheidende Nachteile:

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-b-

Kleine Bohrungen, wie sie für kleine Flüssigkeitsmengen erforderlich sind, verstopfen bei verschmutzten Medien.

Die Gleichmäßigkeit der Teilvolumenströme ist z.B. bei einem Rohrsystem nicht optimal, da je nach der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit der statische Druck an den einzelnen Ausflußbohnungen verschieden hoch ist . (Bernoulli¹sehe Energie-Gleichung).

Beispiel: Röhrenverteiler

Werden dagegen größere Rohrquerschnitte gewählt, um kleinere Strömungsgeschwindigkeiten und &mit kleinere Differenzen des hydrostatischen Druckes an den einzelnen Bohrungen zu erhalten, so erhöht sich weiter die Gefahr der Ansammlung von Verschmutzungen, weil die Strömungsgeschwindigkeit sinkt.

Es gibt auch Flüssigkeitsverteiler, bestehend aus einer Schale und kleinen Tüllen, aus denen die Flüssigkeit, getrennt vom Dampfstrom, für den eigene, größere Tüllen vorgesehen sind, austritt. Diese Verteiler haben, wie unter 1.2 erwähnt, nur freie Dampfquerschnitte von 450 %.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile bekannter Verteilungssysteme zu umgehen und eine Verteileinrichtung zu schaffen,die die Flüssigkeit in optimaler Weise gleichmäßig auf die Kontaktfläche der Austauschkolonne verteilt und die folgende Vorteile besitzt:

- kleinste Flüssigkeitsbelastungen;

d.h. sichere Funktion auch bei kleinsten hydrostatischen Drücken;

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- Flüssigkeitsverteilung bis zum Rand der Packung (erforderlich bei geordneten Kolonnenpackungen);

- großer freier Dampfquerschnitt;

- Umempfindlichkeit für Lageabweichungen;

- Unempfindlichkeit für Verschmutzung;

- größerer Arbeitsbereich (.— ).

min

- kostengünstige Fertigung;

- Möglichkeit der kostengünstigen Anpassung an die häufigsten Einsatzfälle und Aufgabenstellungen.

Dieses Ziel wird mit einem Verteilungssystem gemäß den Patentansprüchen erreicht.

In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Ausführungsform; Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Ausführungsform, und

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine Rinne mit einem eingehängten Abtropfelement (hier: Drahtschlaufe).

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Der Verteiler besteht aus einer Anzahl parallel angeordneter Rinnen (2), die an ihrer Unterseite durch ein Querrohr (1) derart miteinander verbunden sind, daß sich die Flüssigkeitsstände in den einzelnen Rinnen (2) nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren einstellen können.

In dieses Querrohr (1) wird an beliebiger Stelle der zu verteilende Flüssigkeitsstrom eingespeist. Die Rinnen (2) weisen an ihren Seiten in beliebigen Abständen sich gegenüberliegende Bohrungen (3) auf, die alle einen einheitlichen Abstand von der Rinnenoberkante haben. Der hier dargestellte Verteiler ist so gefertigt, daß alle Rinnenoberkanten und damit auch die Bohrungen (3) auf der gleichen Höhe liegen. In die Bohrungspaare sind Drahtschlaufen (4) eingehängt, die bewirken, daß

a) der Ausströmungsquerschnitt vermindert wird und

b) die beiden Teilströme aufgrund der Oberflächenspannung der austretenden Flüssigkeit vereinigt werden und unterhalb der Rinne vom Draht abtropfen oder -laufen.

Bei großen Flüssigkeitsmengen dagegen tritt die Flüssigkeit in zwei freien Strahlen aus und vergrößert die Gleichmäßigkeit der Berieselung (die Fläche pro Teilvolumenstrom wird halbiert).

Durch entsprechende Dimensionierung der Ausströmquerschnitte und Rinnenhöhe lassen sich beliebige Arbeitsbereiche der Verteileinrichtung erreichen. Der Arbeitsbereich der Verteileinrichtung kann auch dadurch vergrößert werden, daß man die Ausflußbohrungen in der Höhe gestaffelt anordnet, so daß sie nacheinander in Funktion treten. '

An der Unterseite des Querrohres sind mehrere ausgehalste Bohrungen (5) vorgesehen, durch die eingedrungener Abrieb der Kolonhenpackung (bei der Verwendung als Wiederverteiler) fortgeschwemmt' werden kann.

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Die Anzahl der Rinnen und die Anzahl der Bohrungen ist beliebig. Die Abmessungen der Rinnen und ihr Abstand voneinander kann den jeweils gegebenen Erfordernissen angepaßt werden.

Die Abtropfelemente bestehen vorzugsweise aus einem chemisch resistentem Werkstoff.

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Claims (5)

562 JENAer GLASWERK SCHOTT & GEN. Hattenbergstr. 10 6500 Mainz Flüssigkeitsverteileinrichtung für Austauschkolonnen Patentansprüche;

1. Flüssigkeitsverteiler zum Einbau in Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus einem Rinnensystem mit einem waagerechten Hauptverteilerelement und quer zu diesem angeordneten Verteilerrinnen, welche Bohrungen zum Austritt der zu verteilenden Flüssigkeit aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Flüssigkeitsverteiler besteht aus Glas;

b) dieses Hauptverteilerelement ist ein Rohr;

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c) diese Verteilerrinnen sitzen auf diesem Rohr;

d) diese Bohrungen sind an den Seitenwänden dieser Verteilerrinnen paarweise einander gegenüber angeordnet;

e) in diese Bohrungen sind Abtropfelemente derart eingehängt, daß die aus den Bohrungspaaren austretende Flüssigkeit in Form eines einzelnen, senkrechten Flüssigkeitsstromes abläuft.

2. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

e.) dieses Abtropfelement ist eine verdrillte Drahtschlinge mit zwei freien, hakenförmigen Enden, die in jeweils ein Bohrungspaar eingehängt sind.

3. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

e. -) diese Drahtschlinge besteht aus Metall.

4. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

e₂) dieses Abtropfelement besteht aus einem schmalen Metallstreifen.

5. Flüssigkeitsverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

d-) diese Bohrungen sind in wechselnder Höhe angeordnet.

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