DE2923198C3

DE2923198C3 - Flüssigkeitsverteiler für Stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE2923198C3
Application number: DE19792923198
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6500 Mainz Szczypski
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: 1982-04-01
Also published as: DE2923198A1; CH646877A5; FR2458311A1; FR2458311B3; DE2923198B2; GB2051606A; GB2051606B

Description

a) der Flüssigkeitsverteiler besteht aus das;

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 Bohrungspaaren austretende Flüssigkeit in Form eines einzelnen, senkrechten Flüssigkeitsstromes abläuft

2. 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:

ei.i) die Drahtschlingen (4) bestehen aus Metall.

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

e₂) 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 Hinkerbungen beliebiger Form versehen sind, durch die die Flüssigkeit in Form eines Überfalles ausströmt Beispiel: Tüllenverteiler

13 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 Wiederverteilung).

Zu 1.2 Das Prinzip »Überlauf über ein Wehr« hat die Nachteile, daß es mit befriedigender Genauigkeit (Abweichung der Volumenteilströme vom mittleren Volumenteilstrom: ca. 30%) nur bei großen Volumenströmen arbeitet und daß die Genauigkeit prinzipiell begrenzt ist So gelten für eine rechteckige bzw. dreieckige Kerbe folgende Beziehungen:

V-Ii-YF = Λ¹·⁵ /;: Überlaufhöhc

JO bzw.

V-Ir ■ YF = /τ²·⁵ V-. Volumenstrom

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

\2 Überlauf über ein Wehr

Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale oder einem Rinnensystem zugeführt, deren

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b0

65 So ergibt eine Schwankung der Überlaufhöhe Λ 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 Kselbst 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 13 Dieses Prinzip hat zwar eine erheblich höhere Genauigkeit (V~/flf) 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 einzelnem 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 12 erwähnt, nur freie Dampfquerschnitte von < 50%.

Aus der DE-AS 21 02 424 ist auch bereits ein Flüssigkeitsverteiler bekannt geworden mit einem Hauptkanal, in den die Flüssigkeit von oben einströmt, und mit Nebenkanälen, von welchen die Flüssigkeit nach unten abläuft, wobei Hauptkanal und Nebenkanäle auf gleichem Niveau liegen. Die Flüssigkeit 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 und die folgende Vorteile besitzt:

— kleinste Flüssigkeitsbelastungen;

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

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

— großer freier Dampfquerschnitt;

— Unempfindlichkeit für Lageabweichungen;

— Unempfindlichkeit für Verschmutzung;

— größerer Arbeitsbereich

V K_n ) '

— 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 > F i g. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine Rinne mit einem eingehängten Abtropfelement (hier: Drahtschlaufe).

Der Verteiler besteht aus eine- Anzahl parallel angeordneter Rinnen (2), die an ihrer Unterseite durch ίο 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

r> 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

:ii Rinnenobtrkanten und damit auch die Bohrungen (3) auf der gleichen Höhe liegen. In die Bohrungspaare sind Drahtschlaufen (4) eingehängt, die bewirken, daß

a) der Ausströirwngsquerschnitt vermindert wird und ^ b) die beiden Teüströme aufgrund der Oberflächenspannung der austretenden Flüssigkeit vereinigt werden und unterhalb der Rinne vom Draht abtropfen oder -laufen.

Bei großen Flüssigkeitsmengen dagegen tritt die

3d 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

y, 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.

4(i 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.

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

15 20 Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsverteiler zum Einbau in Stoffaustauschkotonnen, bestehend aus einem System mit einem waagerechten Hauptverteilerelement und quer zu diesem angeordneten, mit ihm kommunizie rend verbundenen Verteilerrinnen, welche Bohrungen mit eingehängten Abtropfelementen aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: