DE2923198B2

DE2923198B2 - Flüssigkeitsverteiler für Stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE2923198B2
Application number: DE19792923198
Authority: DE
Inventors: Heinz-Josef 6531 Ockenheim Sperling; Wolfgang 6500 Mainz Szczypski; Ulrich Dipl.-Ing. 6500 Main Viebahn
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Qvf Engineering 55122 Mainz De GmbH
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2923198A1; CH646877A5; FR2458311A1; DE2923198C3; FR2458311B3; GB2051606A; GB2051606B

Description

a) der Flüssigkeitsverteiler besteht aus Glas;

b) das Hauptverteilerelement ist ein Rohr (1);

c) die Verteilerrinnen (2) sitzen auf dem Rohr;

d) die Bohrungen (3) sind an den Seitenwänden der Verteilerrinnen paarweise einander gegenüber angeordnet;

e) in die Bohrungen (3) sind die Abtropfelemente derart eingehängt, daß die aus den Boiirungspaaren austretende Flüssigkeit in Form eines einzelnen, senkrechten Flüssigkeitsstromes abläuft

Z Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
ei) die Abtropfelemente sind verdrillte Drahtschlingen (4) mit zwei freien, hakenförmigen Enden, die in jeweils ein Bohrungspaar eingehängt sind.

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

eu) die Drahtschlingen (4) bestehen aus Metall.

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

ei) die Abtropfelemente bestehen aus schmalen Metallstreifen.

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

di) die Bohrungen (3) sind in wechselnder Höhe angeordnet.

Wände an ihren Kanten mit mehreren Einkerbungen beliebiger Form versehen sind, durch die die Flüssigkeit in Form eines Oberfalles ausströmt
Beispiel: Tüllenverteiler

Der

13 Ausfluß aus einer Bohrung
zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer

Schale, einem Rinnensystem oder einer Rohranordnung zugeführt, die alle auf einer Unterseite eine Reihe von ίο Bohrungen besitzen, aus denen die Flüssigkeit infolge des hydrostatischen Druckes ausströmt
Beispiel: Röhrenverteiler, Ringbrause

Diese bekannten Prinzipien haben schwere
_|5 Nachteile:

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

Zu \2 Das Prinzip »Überlauf über ein Wehr« hat die Nachteile, daß es mit befriedigender Genauigkeit (Abweichung der VolumenteiJströme vom mittleren Volumenteilstrom: ca. 30%) nur bei großen Volumenströmen arbeitet und daß die _r_ Genauigkeit prinzipiell begrenzt ist

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

V~h ■ Vh = /;^1S A: Überlaufhöhe

Die vorliegende Erfindung betrifft ein 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 Grenzen schwankende Flüssigkeitsbelastung (Einheit: m³/m²/s) 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.

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

bzw.

V-If-Vh = /τ²'⁵ 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 Vselbst von 30% hohe Anforderungen an den genauen Einbau des Verteilersystems stallt.

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 13 Dieses Prinzip hat zwar eine erheblich höhere Genauigkeit (V~ffi·⁵) und eignet sich auch für kleinere Mengen; es besitzt aber wieder entscheidende Nachteile:
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 Ausflußbohrungen verschieden hoch ist (Bernoulli'sche Energie-Gleichung).
Beispiel: Röhrenverteiler

Werden dagegen größere Rohrquerschnitte gewählt, um kleinere Strömungsgeschwindigkeiten und damit kleinere Differenzen des hydrostatischen Druckes an den einzelnen Bohrungen zu erhalten, so erhöht sich weiter dio Gefahr der Ansammlung von Verschmutzungen, weil die Strömungsgeschwindigkeit sinkt
Es gibt auch Flüssigkeitsverteüer, 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, «vie unter \2 erwähnt, nur freie Dampfquerschnitte von <50%.

Aus der DE-AS 2102 424 ist auch bereits ein Flüssigkeitsverteiler bekannt geworden mit einem Hauptkanal, in den die Flüssigkeit von oben einströmt, und mit Nebenkanälen, von welchen die Flüssigkeit n?oh unten abläuft, wobei Hauptkanal und Nebenkanäle auf gleichem Niveau liegen. Die Flüssigke^:t strömt im Hauptkanal mit Gefälle, so daß der Flüssigkeitsstand im Verteilersystem unterschiedlich hoch ist; infolgedessen ist die Flüssigkeitsabgabe an den einzelnen Ablaufstellen unterschiedlich groß.

Aufgabe 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 jnd die folgende Vorteile besitzt:

— kleinste Flüssigkeitsbelastungen;

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

— Flüssigkeitsverteilung bis zum Rand der Packung (erforderlich bei geordneten Koionnenpackungen);

— großer freier Dampfquerschnitt;

— Unempfindlichkeit für Lageabweichungen;

— Unempfindlichkeit für Verschmutzung;

— größerer Arbeitsbereich

— kostengünstige Fertigung;

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

Diese Aufgabe wird mit einem Verteilungssystem gemäß den Patentansprüchen erreicht
In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt

Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht auf eine Ausführungsform,

F i g. 2 eine Draufsicht auf diese Ausführungsform und ι F i g. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine Rinne mit einem eingehängten Abtropfeiement (hier: Drahtschlaufe).

Der Verteiler besteht aus einer Anzahl parallel angeordneter Rinnen (2), die an ihrer Unterseite durch ι ο 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 Kolonnenpackung (bei der Verwendung als Wiederverteiler) fortgeschwemmt werden kann.

ι 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 resistenten Werkstoff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsverteiler zum Einbau in Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus einem System mit einem waagerechten Hauptverteilerelement und quer zu diesem angeordneten, mit ihm kommunizierend verbundenen Verteilerrinnen, welche Bohrungen mit eingehängten Abtropfelementen aufweisen, gekennzeichnetdurch folgende Merkmale: