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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Ausrüstungen zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen
zwischen einem Gas und einer Flüssigkeitsschicht, beispielsweise der Rektifikation,
der Absorption, genauer aber auf Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparate.
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Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Rektifikation
unter Vakuum von Stoffen, die gegen erhöhte Temperaturen empfindlich sind, beispielsweise
von Laktamen, Fettsäuren, mehrwertigen Alkoholen, hochsiedenden Äthern, verschiedenen
Ölen, Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Produkten.
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Infolge einer stürmischen Entwicklung von Betrieben für organische
Produkte, die in den letzten Jahrzehnten zu verzeichnen ist, entsteht das Problem
der Schaffung von Rektifikationsapparaten, die zur Trennung und Reinigung von organischen
Stoffen verwendet werden, die Zwischen- bzw. Endprodukte darstellen. Diese Stoffe
sind meist durch Empfindlichkeit gegen thermische Einwirkungen gekennzeichnet. Da
während der Rektifikation die Temperatur des zu behandelnden Stoffes seinem Siedepunkt
gleich ist, ist man bestrebt, die Rektifikation von wärmeempfindlichen Stoffen unter
Vakuum durchzuführen.
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Damit der Druck in allen Punkten des Rektifikationsapparates möglichst
gleich ist, werden Apparate eingesetzt, die einen sehr geringen hydraulischen Widerstand
gegen den Durchtritt von Dämpfen besitzen. In den meisten Fällen werden dabei Gas-Flüssigkeits-Dünnschichtkontaktapparate
angewendet.
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Bekannt ist ein Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparat zur Durchführung von
Stoffaustauschprozessen im System Flüssigkeit - Gas (s. z.B. SU-PS 250878), der
ein Gehäuse, das mit Stutzen zum Gasein- bzw. -austritt sowie mit Stutzen zum Flüssigkeitsein-bzw.
-austritt
ausgestattet ist, horizontale berieselte Platten, die im Gehäuse eine über der anderen
mit Zwischenräumen angebracht sind, sowie Mittel zur Flüssigkeitszuführung zu den
berieselten Platten enthält. Die Stutzen zum Gasein- bzw. -austritt liegen horizontal
in ein und derselben Höhe. Jede berieselte Platte ist an einem ihrer Enden mit Abflußbohrungen
versehen, wobei an den zwei von oben und von unten benachbarten berieselten Platten
die erwähnten Bohrungen an den entgegengesetzten Enden angebracht sind. Uber Jede
berieselte Platte bewegt sich die Flüssigkeit von einem Ende, das keine Abflußbohrungen
aufweist, zu dem anderen Ende, an dem Abflußbohrungen vorhanden sind. Das Gas strömt
in den Zwischenräumen zwischen den berieselten Platten in Richtung von einem Ende
zum anderen Ende, wobei es mit dem Flüssigkeitsfilm auf den erwähnten Platten kontaktiert.
Innerhalb des Apparates bewegt sich die Flüssigkeit von oben nach unten auf einer
zickzackförmigen Bahn, indem sie von einer berieselten Platte auf die andere durch
die Abflußbohrungen überströmt. Hierbei bewegt sich der Flüssigkeitsfilm, wenn er
sich auf einer der berieselten Platten im Gegenstrom in Bezug auf das Gas bewegt,
auf den oben und unten benachbarten berieselten Platten im Gleichstrom in Bezug
auf das Gas.
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Ein Nachteil des bekannten Apparates besteht in dessen begrenzter
Effektivität, da bei seiner Arbeit das Prinzip der Gegenstrombewegung zwischen Gas
und Flüssigkeit nicht eingehalten wird. In diesem Apparat kann man bei der Rektifikation
mehr als einen theoretischen Boden (theoretische Trennungsstufe) nicht erzielen.
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Bekannt ist ein Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparat (s.
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z.B. die US-PS 3928513), der ein Gehäuse mit Stutzen zur Gaseinführung
in den unteren Teil des Apparates, zur Gasableitung aus dem oberen Teil des Apparates,
zur Flüssigkeitseinführung in den oberen Teil des Apparates und Flüssigkeitsableitung
aus dem unteren Teil des Apparates, berieselte Platten, die im Gehäuse eine über
der anderen mit Abständen angebracht sind, sowie
Mittel zur Flüssigkeitszuführung
zu den berieselten Platten enthält. Jede berieselte Platte ist horizontal ausgeführt
und mit einer Vielzahl von Abflußstutzen versehen.
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Bei dem bekannten Apparat gelangt Gas in dessen Inneres durch einen
Stutzen im unteren Teil des Gehäuses, durchkreuzt alle berieselten Platten, indem
es durch die Abflußstutzen strömt und mit dem Flüssigkeitsfilm kontaktiert, der
die obere Fläche der berieselten Platten bedeckt. Durch einen Stutzen im oberen
Teil des Gehäuses wird Gas aus dem Apparat nach außen abgeleitet.
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Die Flüssigkeit wird durch den Stutzen im oberen Teil des Gehäuses
zur obersten Platte zugeführt, fließt längs derselben und wird dann durch die Abflußstutzen
auf die untenliegende berieselte Platte ausgetragen, wobei sie diese gleichfalls
auf der gesamten Oberfläche mit einer dünnen Schicht (Film) bedeckt.
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Uberströmend von einer berieselten Platte auf die andere und alle
diese Platten berieselnd, gelangt die Flüssigkeit in den unteren Teil des Apparates
und wird von dort durch einen Stutzen nach außen abgeleitet. Innerhalb des gesamten
Apparates besteht ein Gegenstrom zwischen dem Gas und der Flüssigkeit, was die Erzielung
einer Vielzahl von theoretischen Böden in einem Apparat gewährleistet.
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Ein Nachteil des bekannten Apparates besteht in seiner durch konstruktive
Besonderheiten eingeschränkten Wirkung des Stoffaustausches (beispielsweise bei
der Rektifikation).
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Erstens kann die Kontaktfläche durch Verkleinerung von Abständen zwischen
den berieselten Platten nicht vergrößert werden, da die Abstände die Höhe der Abflußstutzen
übersteigen müssen, die an der unteren Seite der erwähnten Platten angebracht sind.
Bei Verminderung der Abstände wird das Uberströmen der Flüssigkeit von einer berieselten
Platte auf die andere gestört, die Durchsatzfähigkeit des Apparates durch die Gasphase
wird verringert, wobei es sogar zum Uberfluten im Apparat kommen kann.
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Zweitens wird im bekannten Apparat der Gasstrom bei dessen Kontaktierung
mit dem Flüssigkeitsfilm ungenügend verwirbelt.
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Drittens können im bekannten Apparat Tropfen weggetragen werden, da
Flüssigkeitstropfen und -fäden, die aus den Abflußstutzen der höherliegenden berieselten
Platte auf die untenliegende abfliessen, vom Gasstrom aufgefangen werden können.
Hierbei kehrt die Flüssigkeit teilweise auf die höherliegenden berieselten Platten
zurück, was zur Verminderung der Effektivität des Stoffaustausches führt.
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Viertens bewegen sich Gas und Flüssigkeitsfilm, der eine horizontale
berieselte Platte bedeckt, im Gegenstrom zueinander.
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Bei einer ausreichend großen Geschwindigkeit kann diese zum Abbremsen
der Strömung der Flüssigkeit, zur Ansammlung der Flüssigkeit auf den horizontalen
berieselten Platten und im Endergebnis zur Verschlechterung von Stoffaustauschcharakteristiken
des Apparates führen.
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Fünftens führen sogar geringe Abweichungen des Apparates von der vertikalen
Lage, die bei der Montage entstanden sind, zur Störung des gesamten Flüssigkeitsfilmes
auf den horizontalen berieselten Platten, werden aber die erwähnten Platten unvollständig
benetzt, so führt dies zum schlechteren Stoffaustausch im Apparat.
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Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparat
zu schaffen, der eine wirksame Kontaktoberfläche besitzt, eine zusätzliche Verwirbelung
des Gasstromes gewährleistet und bei dem kaum Tropfen weggetragen werden, in dem
das Abbremsen der Strömung der Flüssigkeit durch den Gasstrom vermieden und vollständige
Benetzung der berieselten Platten gewährleistet ist, der ferner eine verlängerte
Lebensdauer bei minimalem zusätzlichen Bauaufwand hat.
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Dies wird dadurch erreicht, daß im Gas-Flüssigkeits-Gegenstrom kontaktapparat,
der ein Gehäuse mit Stutzen zum Gaseinführen in den unteren Teil des Gehäuses, zum
Gasableiten aus dem oberen
Teil des Gehäuses, zum Flüssigkeitseinführen
in den oberen Teil des Gehäuses sowie zum Flüssigkeitsableiten aus dem unteren Teil
des Gehäuses, berieselte Platten, die im Gehäuse eine über der anderen mit Abständen
angebracht sind, sowie Mittel zur Flüssigkeitszuführung zu den berieselten Platten
enthält, erfindungsgemäß die berieselten Platten in Gestalt von oben offenen Rinnen
ausgeführt sind, die mindestens zu einem einzelnen Paket vereinigt sind, nach den
entgegengesetzten Seiten auseinandergeführte geneigte Bordwände besitzen und längs
einer absteigenden Schraubenlinie derart liegen, daß zwischen den geneigten Bordwänden
der erwähnten Rinnen und den Gehäusewänden Kanäle zum Gasdurchtritt in vertikaler
Richtung bestehen bleiben und in den erwähnten Kanälen annähernd horizontale Führungstrennwände
angebracht sind, die die erwähnten Kanäle ganz versperren und den Gasstrom aus dem
einen erwähnten Kanal in den anderen durch Zwischenräume zwischen den Rinnen in
Richtung von einer Rinnenbordwand zur anderen ablenken.
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In diesem Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparat können die Zwischenräume
zwischen den Nachbarrinnen ohne Störung seines normalen Betriebes klein genug gehalten
werden. Durch Verringerung der Abstände zwischen den Rinnen kann die Kontaktfläche
in der Volumeneinheit des Apparates vergrößert werden.
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Dadurch, daß sich der Gasstrom senkrecht zu den Rinnen bewegt, bewirken
die geneigten Bordwände der Rinnen eine gewisse Störung in die Strömung des Gases
sowohl durch ihre scharfen Kanten als auch durch eine Krümmung der Bewegungsbahn
des Gasstroms auf dem kurzen Abschnitt zwischen den geneigten Rinnenbordwänden.
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Dies gewährleistet eine gewisse Verwirbelung des Gasstroms bei dessen
Kontaktierung mit dem Flüssigkeitsfilm.
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Außerdem fehlen im Apparat an den berieselten Platten jegliche Ausflußbohrungen,
durch welche die Flüssigkeit in Fäden oder Tropfen austreten könnte, die die Zwischenräume
zwischen den erwähnten Platten queren. Da der Gasstrom auf seinem Weg auf keine
Tropfen bzw. Fäden der erwähnten Flüssigkeit trifft, wird die Möglichkeit des Wegtragens
von Tropfen im Apparat beträchtlich verringert.
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Da in Bezug auf die Bewegungsbahn der Flüssigkeit, die als Film längs
der Rinnen fließt, das Gas sich senkrecht bewegt, ist das Abbremsen der Filmströmung
der Flüssigkeit durch den Gasstrom ausgeschlossen.
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Da die Rinnen längs einer Schraubenlinie liegen, d.h. einen bestimmten
Winkel zur Waagerechten bilden, und die Breite der Rinnen gegenüber ihrer Länge
klein ist, wird bei geringen Abweichungen des Apparates von der vertikalen Lage
die normale Strömung des Flüssigkeitsfilms längs den Rinnen nicht gestört und die
Rinnen werden vollständig berieselt.
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Als Folge davon wird die Effektivität des Stoffaustausches im Apparat
gesteigert.
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Die Breite der Kanäle zum Gasdurchtritt in der vertikalen Richtung
ist vorzugsweise in der Höhe des Apparates veränderlich ausgeführt.
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Dadurch kann die Geschwindigkeit des Gasstroms in der vertikalen Richtung
auf der gesamten Höhe des Kanals gleich gehalten werden, trotzdem die Menge des
Gases, das durch den Kanal strömt, entweder ab- oder aber infolge seiner Bewegung
in der horizontalen Richtung durch die Zwischenräume zwischen den Rinnen aus einem
Kanal in den anderen zunimmt. Als Ergebnis werden im Apparat "Engpässe" überwunden,
in denen die Gasgeschwindigkeit die im voraus vorgegebene Grenze übersteigen könnte.
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Der hydraulische Widerstand des Apparates nimmt ab.
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Es empfiehlt sich ferner, im horizontalen Querschnitt des Apparategehäuses
mehrere einzelne Rinnenpakete anzubringen.
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Dadurch wird die Betriebszuverlässigkeit des Apparates bei bestimmten
Abweichungen erhöht, die während seiner Montage in der vertikalen Lage entstanden
sein könnten. Die Flüssigkeit wird an einigen Paketen lokalisiert und an keiner
bestimmten Wand des Apparates vorwiegend angesammelt.
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Zweckmäßigerweise bekommen die Pakete die Form von Sektoren, die mit
ihrem schmalen Teil ins Innere des Apparates zeigen,
während in
Höhenrichtung des Apparates zwischen den in verschiedenen Höhen liegenden Rinnenpaketen
zentrale Hülsen zum Auffangen der Flüssigkeit von den höherliegenden Paketen und
zum Umverteilen derselben zwischen den untenliegenden Paketen angeordnet werden.
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Dies gestattet, die Kontaktfläche in der Volumeneinheit des Apparates
zu vergrößern.
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Ferner können die Rinnen ein und desselben Pakets in Gestalt von mindestens
zwei Schraubenlinien verschiedenen Durchmessers angebracht sein, die so angeordnet
sind, daß die Schraube grösseren Durchmessers die Schraube kleineren Durchmessers
umfaßt.
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Dies gestattet, den Wirkungsgrad eines Rinnenpaketes dank zusätzlicher
Verwirbelung des Gasstroms innerhalb ein und desselben Paketes zu erhöhen.
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Die Schraubenlinien yerschiedenen Durchmessers sind vorzugsweise so
orientiert, daß die benachbarten Gänge entgegengesetzte Steigungen haben.
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Dadurch wird die Verteilungsgleichmäßigkeit der Gasphase in den Räumen
zwischen den Rinnen ein und desselben Paketes erhöht, was zur Erhöhung des Wirkungsgrades
eines Rinnenpaketes beitragen muß.
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Vorzugsweise sind in Höhenrichtung des Apparates mehrere Pakete angeordnet
und zwischen den Paketen Uberlaufvorrichtungen zur Zuführung der Flüssigkeit, die
von der schraubenförmigen Außenbahn des höherliegenden Paketes auf die innere Schraube
abfließt, vorgesehen.
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Dies gestattet, den Wirkungsgrad von Rinnenpaketen durch Erhöhung
der mittleren Geschwindigkeit des Stoffübergangsprozesses zwischen der Gasphase
und dem Flüssigkeitsfilm zusätzlich zu erhöhen.
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Zweckmäßigerweise ist in den Räumen zwischen den Rinnen ein gewelltes
Netzband angeordnet, das auf eine solche Weise ausgeführt und orientiert ist, da3
sich seine Wellungen in Richtung
von der einen geneigten Bordwand
der Rinnen zur entgegengesetzten Rinnenbordwand erstrecken, während die unteren
Vorsprünge der Wellungen die berieselte Rinnenoberfläche berühren.
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Dadurch wird die Kontaktfläche in der Volumeneinheit des Apparates
zusätzlich vergrößert. Die unteren Vorsprünge der Wellungen sind in den Flüssigkeitsfilm
getaucht, wobei der Flüssigkeitsfilm auf seinem Wege die erwähnten Vorsprünge mehrfach
berührt. Unter der Wirkung der Kapillarkräfte wird die Benetzung auch jenes Teils
des gewellten Netzbandes gewährleistet, der nicht in den Flüssigkeitsfilm getaucht
ist.
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Vorzugsweise ist ferner zumindest die innere (d.h. berieselte) Rinnenfläche
mit einem Schutzfilm aus einem polymeren Stoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen,
bedeckt.
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Da die Stärke des Schutzfilms sehr gering sein kann und die Rinnenkonfiguration
zur Anbringung und Befestigung des Schutzfilms an ihr sehr einfach ist, kann eine
Verlängerung der Lebensdauer des Apparates durch Verminderung der Korrosion der
berieselten Platten bei relativ geringem Verbrauch an zusätzlichen Materialien (d.h.
an Schutzfilm) erreicht werden.
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Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele
sowie durch Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 einen Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparat
im Längsschnitt, gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
gemäß der Erfindung, im Längsschnitt; Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante des
Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates gemäß der Erfindung; im Längsschnitt;
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 einen
Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4; Fig. 6 eine zusätzliche Ausführungsvariante des
Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates gemäß der Erfindung; im Längsschnitt;
Fig. 7 einen Schnitt nach Linie Vil-Vil der Fig. 6; Fig. 8 einen Schnitt nach Linie
Vill-Vill der Fig. 7; Fig. 9 eine weitere Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
gemäß der Erfindung, im Längsschnitt; Fig. 10 einen Schnitt nach Linie X-X der Fig.
9; Fig. 11 noch eine weitere Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
gemäß der Erfindung, im Längsschnitt; Fig. 12 das Element einer Rinne mit lokalem
Ausschnitt (in der Rinnenbordwand) in der isometrischen Darstellung, das einer der
möglichen Ausführungsvarianten des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates gemäß
der Erfindung entspricht; Fig. 13 das Element einer Rinne in der isometrischen Darstellung
einer anderen Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates;
Fig. 14 das Element einer Rinne in der isometrischen Darstellung, das noch einer
weiteren Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates entspricht.
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Der Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparat besitzt ein vertikales
zylindrisches Gehäuse 1 (Fig. 1), das mit einem unteren Stutzen 2 zum Gaseinführen,
einem oberen Stutzen 3 zum Gasableiten, einem oberen Stutzen 4 zum Flüssigkeitseinführen
und einem unteren Stutzen 5 zum Flüssigkeitsableiten versehen ist.
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Im Gehäuse 1 ist ein Paket 6 von berieselten Platten angeordnet, die
in Gestalt von Rinnen 7 ausgeführt sind, die längs
einer zweigängigen
Schraube liegen. Der obere Stutzen 4 stellt den Verteilungsstutzen dar; er dient
zur Flüssigkeitszuführung zu den oberen Abschnitten der Rinnen 7, die die zweigängige
Schraube bilden. Die Rinnen 7 besitzen nach den entgegengesetzten Seiten geführte
geneigte Innen- und Außenbordwände 8 und 9.
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Der Neigungswinkel der erwähnten Bordwände zur Horizontalen beträgt
etwa 450. Die geneigten Innenbordwände 8 sind ins Innere des Paketes 6 gerichtet,
während die geneigten Außenbordwände 9 gegen die Wände des Gehäuses 1 gerichtet
sind. Zwischen den geneigten Innenbordwänden 8 sind zentrale Kanäle 10, und zwischen
den geneigten Außenbordwänden 9 und den Wänden des Gehäuses 1 sind periphere Kanäle
11 zum Durchtritt des Gasstroms in der vertikalen Richtung. Die Kanäle 10 und 11
stehen über Räume -12 zwischen den Rinnen 7 miteinander in Verbindung. In den zentralen
Kanälen 10 und den peripheren Kanälen 11 sind jeweils runde Führungstrennwände 13
und ringförmige Führungstrennwände 14 horizontal angebracht. Die verschiedenartigen
Trennwände 13 und 14 sind in Höhenrichtung des Gehäuses 1 des Apparates schachbrettartig
angeordnet; diese Schachbrettanordnung bewirkt, daß der Gasstrom bei seiner Bewegung
aus dem unteren Teil des Gehäuses 1 in den oberen Teil desselben die Räume 12 zwischen
den Rinnen 7 mehrmals durchkreuzt, indem er aus den Kanälen 10 in die Kanäle 11
und umgekehrt längs einer zu den Rinnen 7 senkrechten Bewegungsbahn strömt. Hierbei
müssen die geneigten Bordwände 8 und 9 der Rinnen 7 ein gerichtetes Abfließen des
Flüssigkeitsfilms unter der Schwerkraftwirkung genau längs den Rinnen 7, d.h. längs
einer schraubenförmigen Bewegungsbahn, gewährleisten. Außerdem sind die geneigten
Bordwände 8 und 9 zu einer gewissen Krümmung der Bewegungsbahn des Gasstroms in
den Räumen 12 innerhalb des Abschnitts bestimmt, der sich zwischen den Bordwänden
8 und 9 befindet; dies muß zur Verwirbelung der Gasphase und Erhöhung der Stoffübergangszahlen
beitragen.
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Die Außenränder der Rinnen 7, die den Wänden des Gehäuses 1 des Apparates
zugekehrt sind, liegen höher als die gegenüberliegenden
Ränder,
die ins Innere des Paketes 6 gerichtet sind. Dies ist vorgesehen, damit der Flüssigkeitsfilm
unter der Wirkung von Fliehkräften sich nicht an den geneigten Außenbordwänden 9
ansammelt. Dadurch werden lokale Widerstände für den Gasstrom am Eintritt in die
Räume 12 zwischen den Rinnen 7 beseitigt.
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Trotzdem in jedem Raum 12 die Bewegung des Flüssigkeitsfilms und des
Gasstroms kreuzweise geschieht, wird im Apparat insgesamt der Gegenstrom zwischen
der Flüssigkeit und dem Gas beibehalten.
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Der Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparat nach der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsvariante arbeitet auf die folgende Weise: Die Flüssigkeit wird durch
den Verteilungsstutzen 4 den oberen Abschnitten der Rinnen 7 zugeführt und fließt
dann unter der Schwerkraftwirkung in Form eines Films längs den Rinnen 7 entlang
einer Schraubenlinie abwärts. Von den unteren Rinnen 7 läuft die Flüssigkeit in
den unteren Teil des Apparates ab, von wo sie durch den Stutzen 5 abgeleitet wird.
Das Gas strömt in den Apparat durch den unteren Stutzen 2 ein und gelangt dann in
den zentralen Kanal 10. Die unterste runde Trennwand 13 lenkt den Gasstrom durch
die Zwischenräume 12 zwischen den Rinnen 7 in den peripheren Kanal 11 ab. Die höherliegende
ringförmige Trennwand 14 lenkt den Gasstrom erneut in den zentralen Kanal 10 ab,
aber schon auf jenem Abschnitt desselben, der über der untersten runden Trennwand
13 liegt. Die Bewegungsbahn des Gasstroms ist in Fig. 1 durch volle Pfeile angedeutet.
In den Räumen 12 zwischen den Rinnen 7 kontaktiert das Gas mit dem Film der die
Böden der Rinnen 7 berieselnden Flüssigkeit.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparates
ist die Breite der zum Gasdurchtritt in der vertikalen Richtung bestimmten Kanäle
in Höhenrichtung des Apparates veränderlich ausgeführt.
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Ein vertikales zylindrisches Gehäuse 15 (Fig. 2) ist mit einem unteren
Stutzen 16 zum Gaseinführen, einem oberen Stutzen 17 zum Gasableiten, einem oberen
Verteilungsstutzen 18 zum
Flüssigkeitseinführen und einem unteren
Stutzen 19 zum Flüssigkeitsableiten ausgestattet. Im Gehäuse 15 ist ein einzelnes
Paket 20 aus Rinnen 21 angeordnet, die geneigte Innenbordwände 22 und Außenbordwände
23 besitzen und längs einer zweigängigen.
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Schraube angeordnet sind. Zwischen den geneigten Innenbordwänden 22
ist ein zentraler Kanal 24 vorgesehen, und zwischen den geneigten Außenbordwänden
23 und den Wänden des Gehäuses 15 bestehen periphere Kanäle 25 zum Gasdurchtritt
in der vertikalen Richtung. Der zentrale Kanal 24 ist durch runde Führungstrennwände
26 versperrt. Der periphere Kanal 25 ist durch Führungstrennwände 27 versperrt.
Die Kanäle 24 und 25 stehen über Räume 28 zwischen den Rinnen 21 miteinander in
Verbindung.
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Eine kennzeichnende Besonderheit des Apparates besteht darin, daß
dank der gewählten Anordnung der Rinnen 21 die Breite des zentralen Kanals 24 in
Höhenrichtung des Apparates in den Abschnitten des Paketes 20 veränderlich ist,
die sich zwischen den Führungstrennwänden 26 und 27 befinden. Gleichzeitig ändert
sich in der umgekehrten Richtung die Breite des peripheren Kanals 25. Dies ist dazu
vorgesehen, damit sich die lineare Geschwindigkeit des Gases in der vertikalen Richtung
in den Kanälen 24 und 25 in deren Höhe nicht erheblich ändert, trotz des ununterbrochenen
Ubergangs des Gases aus den Kanälen 24 in die Kanäle 25, oder umgekehrt, durch die
Räume 28 Der beschriebene Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparat arbeitet ähnlich dem in
Fig. 1 dargestellten Apparat.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
sind die Führungstrennwände als innere Vorsprünge an den Gehäusewänden des Apparates
gestaltet und das Rinnenpaket hat im Grundriß die.Form eines Rechtecks.
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Der Apparat enthält ein Kastengehäuse 29 (Fig. 3 - 5), das mit unteren
Stutzen 30 zum Gaseinführen, oberen Stutzen 31 zum Gasableiten, oberen Stutzen 32
zum Flüssigkeitseinführen und einem unteren Stutzen 33 zum Flüssigkeitsableiten
ausgestattet ist. Im Gehäuse 29 befindet sich ein Paket 34 von Rinnen 35, die in
Gestalt einer viergängigen Schraube angeordnet sind.
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Die Rinnen 35 bestehen aus miteinander verbundenen geraden geneigten
Abschnitten 36, die mit geneigten Innenbordwänden 37 und geneigten Außenbordwänden
38 versehen sind, sowie aus kurzen horizontalen Abschnitten 39, die mit Außenbordwänden
40 ausgestattet sind. Die Rinnen 35 sind mit Längssicken 41 versehen, die den Grund
der Rinnen 35 in drei parallele Kanäle 42 unterteilen. Diese Ausführung der Rinnen
35 soll die Flüssigkeitsverteilung in ihrer Breite verbessern. Außerdem gewährleisten
die Längssicken 41 eine zusätzliche Verwirbelung des Gasstroms, der sich von den
geneigten Außenbordwänden 38 zu den geneigten Innenbordwänden 37 (oder aber in der
umgekehrten Richtung) der Rinnen 35 bewegt.
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Eine Besonderheit des beschriebenen Apparates besteht ferner darin,
daß die geneigten Innenbordwände 37 der Rinnen 35 aneinander anschließen oder fast
anschließen und zwischen ihnen kein Kanal zum Gasdurchtritt in der vertikalen Richtung
bestehen bleibt. Jedoch sind solche Kanäle zwischen den geneigten Außenbordwänden
38 und den Wänden des Gehäuses 29 vorhanden.
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Diese Kanäle 43 weisen einen in Höhenrichtung des Apparates veränderlichen
Querschnitt auf. Die Funktion der Führungstrennwände, die die Bewegungsbahn des
Gases krümmen, erfüllen innere Vorsprünge 44 des Gehäuses 29. Diese Vorsprünge 44,
die in schachbrettartiger Anordnung zu beiden Seiten des Paketes 34 liegen, gewährleisten
ein mehrfaches Kreuzen durch den Gasstrom, der sich im Apparat von den unteren Stutzen
30 zu den oberen Stutzen 31 bewegt.
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Zur Flüssigkeitszuführung zu allen Kanälen 42 der Rinnen 35, die längs
der viergängigen Schraube liegen, sind zwölf Stutzen 32 (je ein Stutzen 32 für einen
einzelnen Kanal 42 eines jeden Schraubengangs) vorgesehen. Der gesamte Flüssigkeitsstrom
wird mittels einer bekannten Verteilungseinrichtung 45, beispielsweise einer Rotationseinrichtung,
in zwölf unabhängige Ströme unterteilt.
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Der Apparat nach dieser Variante arbeitet auf folgende Weise:
Die
Flüssigkeit gelangt durch die Stutzen 32 auf die obersten Abschnitte der Rinnen
35. Unter Schwerkraftwirkung zerfließt die Flüssigkeit in einen Film auf den Böden
der Rinnen 35 und läuft längs einer Schraubenlinie abwärts in den unteren Teil des
Apparates, von wo sie durch den Stutzen 33 abgeleitet wird.
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Das Gas gelangt in den Apparat durch den Stutzen 30 und verläßt ihn
durch den Stutzen 31. Im Inneren des Apparates kreuzt der Gasstrom mehrfach das
Paket 34 der Rinnen 35 (volle Pfeile), indem er mit der Flüssigkeitsschicht kontaktiert.
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In einer weiteren Ausführungsvariante des Apparates sind weitere Erfindungsmerkmale
realisiert.
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Der Apparat besitzt ein vertikales zylindrisches Gehäuse 46 (Fig.
6 - 8), in dessen Querschnitt mehrere einzelne Pakete 47 (Fig. 7) angeordnet sind,
die als Rinnen 48 (Fig. 6) ausgeführt sind, welche entlang einer mehrgängigen Schraube
verlaufen. Die Rinnen 48 bestehen aus geraden geneigten Abschnitten 49 (Fig. 7,
8), die geneigte Innenbordwände 50 (Fig. 7) und geneigte Außenbordwände 51 besitzen.
Kurze horizontale Abschnitte 52 schließen an die Seitenfläche des Gehäuses 46 an.
In Fig.
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6 ist nur ein Teil des Apparates dargestellt; daher fehlen in ihr
Stutzen zum Einführen und Ableiten der Flüssigkeit sowie Mittel zur Flüssigkeitszuführung
zu den Paketen 47. Zwischen den Paketen 47 sind Kanäle 53 zum Gasdurchtritt in der
vertikalen Richtung, in denen Führungstrennwände 54, 55, 56 horizontal angeordnet
sind, die mehrfaches Kreuzen der Pakete 47 durch den Gasstrom (volle Pfeile) gewährleisten.
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Die Arbeitsweise des Apparates nach der in Fig. 6 - 8 dargestellten
Variante bedarf keiner besonderen Erläuterungen. Auch in diesem Fall kreuzt der
Gasstrom mehrfach die Pakete 47 der Rinnen 48 (volle Pfeile).
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In einer weiteren Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
haben die Rinnenpakete im Grundriß die Form von Sektoren, die mit ihrem schmalen
Teil ins Innere des Apparates zeigen.
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Ein vertikales zylindrisches Gehäuse 57 (Fig. 9) des Apparates ist
mit einem unteren Stutzen 58 zum Gaseinführen, einem oberen Stutzen 59 zum Gasableiten,
einem oberen Stutzen 60 zum Flüssigkeitseinführen und einem unteren Stutzen 61 zum
Ableiten der Flüssigkeit aus dem Apparat ausgestattet. Im Gehäuse 57 sind Pakete
62 von Rinnen 63 angeordnet, die längs einer eingängigen Schraubenlinie liegen.
Geneigte Innenbordwände 64 und geneigte Außenbordwände 65 der Rinnen 63 haben im
Grundriß die Form von Sektoren, die mit ihrem schmalen Teil ins Innere des Apparates
zeigen.
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Die geneigten Innenbordwände 64 eines jeden Paketes 62 begrenzen einen
zentralen Kanal 66, der von oben durch eine Führungstrennwand 67 verdeckt ist, die
als Kappe ausgebildet ist.
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Zwischen den geneigten Außenbordwänden 65 der Rinnen 63 und den Wänden
des Gehäuses 57 bleiben Außenkanäle 68 zum Gasdurchtritt in der vertikalen Richtung
bestehen. Diese Kanäle 68 sind in Höhenrichtung des Apparates durch Führungstrennwände
69 versperrt. Die Letzteren erfüllen auch die Funktion von Auflagerplatten, auf
denen mit Hilfe von Längsplatten 70 die Pakete 62 der Rinnen 63 montiert sind.
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In der Mitte der Führungstrennwände 69 sind zentrale Hülsen 71 angebracht,
die mit Abflußstutzen 72 versehen sind. In den Führungstrennwänden 69 sind Bohrungen
73 zum Gasdurchtritt aus den Kanälen 68 in die Kanäle 66 der Pakete 62 vorgesehen.
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Die Kanäle 66 und 68 stehen miteinander nicht nur über Bohrungen 73
in den Führungstrennwänden 69, sondern auch über Zwischenräume 74 zwischen den Rinnen
63 in Verbindung.
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Die obersten berieselten Pakete 62 sind nicht allein zum Stoffaustausch,
sondern zur Tropfenabtrennung aus dem Gasstrom bestimmt.
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Über dem unteren Stutzen 58 zum Gaseinführen ist im Gehäuse 57 eine
Prallwand 75 angebracht, die das Gelangen der Flüssigkeit in den Stutzen 58 ausschließt.
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Eine Besonderheit der Arbeitspeise dieses Apparates besteht darin,
daß die Flüssigkeitsströme, die von den Paketen 62 der Rinnen 63 ablaufen, in den
Hülsen 71 aufgefangen werden und die Flüssigkeit durch die Abflußstutzen 72 zwischen
den untenliegenden Paketen 62 gleichmäßig verteilt wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
enthalten die Rinnenpakete mehrere Schrauben verschiedenen Durchmessers, wie es
in Fig. 1 dargestellt ist.
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In diesem Fall besitzt der Apparat ein vertikales zylindrisches Gehäuse
76 mit einem unteren Stutzen 77 zum GaseinfUhren, einem oberen Stutzen 78 zum Gasableiten,
einem oberen Verteilungsstutzen 79 zum Einführen der Flüssigkeit und Zuführen derselben
zu den berieselten Platten sowie mit einem unteren Stutzen 80 zum Ableiten der Flüssigkeit
aus dem Apparat. Im Inneren des Gehäuses 76 sind in Höhenrichtung des Apparates
drei Pakete 81 von Rinnen 82 angeordnet, zwischen denen im Gehäuse 76 FUhrungstrennwände
83, 84, 85 vorgesehen sind, die einen zentralen Kanal 86 und einen peripheren Kanal
87 versperren. Eine Besonderheit dieser Ausführungsvariante des Apparates ist, daß
3edes Paket 81 der Rinnen 82 mehrere (im vorliegenden Fall drei) Schrauben 88, 89,
90 verschiedenen Durchmessers enthält, wodurch die Gasphase zusätzlich verwirbelt
wird. Hierbei besitzen die benachbarten Schrauben des Paketes 81 entgegengesetzte
Windungsrichtungen (s. das untere Paket 81, das mit einem teilweisen Ausbruch dargestellt
ist, wobei ersichtlich wird, daß beispielsweise die Schrauben 89 und 90 entgegengesetzte
Windungsrichtungen aufweisen). Dies muß die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Gasstroms
in den Paketen 81 erhöhen. Im vorliegenden Fall sind die Schrauben 88 bis 90 eingängig.
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Zwischen verschiedenen Paketen 81 sind Uberlaufvorrichtungen in Gestalt
von Rinnen 91 und 92 vorgesehen. Hierbei gewährleistet die Rinne 91 das Auffangen
der Flüssigkeit, die vom unteren Ende der eingängigen Schraube 88 des höherliegenden
Paketes 81 abfließt und die Zuführung der Flüssigkeit zum
oberen
Ende der eingängigen Schraube 90 des untenliegenden Paketes 81. In ähnlicher Weise
gewährleistet die Rinne 92 den Uberlauf der Flüssigkeit von der Schraube 90 auf
die untenliegende Schraube 88. Zwischen den Schrauben 89 der benachbarten Pakete
81 fehlen besondere Uberläufe, so daß die Flüssigkeit von einer Schraube 89 auf
die andere unter der Schwerkraftwirkung einfach überströmt.
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In der untersten Führungstrennwand 83 sind Bohrungen 93 zum Ablauf
der Flüssigkeit von den unteren Enden der Schrauben 88, 89, 90 in den unteren Teil
des Apparates vorgesehen.
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Der in Fig. 11 dargestellte Apparat arbeitet auf die folgende Weise:
Durch den Stutzen 79 wird die Ausgangsflüssigkeit in gleichen Strömen auf die Schrauben
88 bis 90 des obersten Paketes 81 verteilt. Vom unteren Ende der Schraube 88 dieses
Paketes 81 läuft die Flüssigkeit über die Rinne 91 auf die innere Schraube 90 des
untenliegenden Paketes ab. Vom unteren Ende der Schraube 90 des oberen Paketes 81
gelangt die Flüssigkeit über die Rinne 92 auf die äußere Schraube 88 des untenliegenden
Paketes 81.
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Von der Zwischenschraube 89 gelangt die Flüssigkeit unmittelbar auf
die ähnliche Schraube 89 des untenliegenden Paketes 81.
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Der Gasstrom kreuzt die Pakete 81, wobei er mit dem Flüssigkeitsfilm
kontaktiert (volle Pfeile).
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Gas-Flüssigkeits-Gegenstromkontaktapparates
ist in den Räumen zwischen den Rinnen ein gewelltes Netzband angebracht.
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In Fig. 12 ist zur anschaulichen Darstellung nur ein Element einer
Rinne 94 mit geneigten Bordwänden 95 dargestellt, auf der ein gewelltes Netzband
96 angebracht ist. Die eine der Bordwände 95 ist innerhalb eines kleinen Abschnittes
mit einem Ausbruch dargestellt. Die Wellungen des erwähnten Bandes 96 sind von einer
Bordwand 95 der Rinne zur entgegengesetzten Bordwand 95 gerichtet. Die unteren Vorsprünge
97 des gewellten Netzbandes 96 berühren die berieselte Oberfläche, d.h. den Boden
der Rinnen 94.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann zumindest die Innenfläche
der Rinnen mit einem Schutzfilm aus polymerem Stoff bedeckt werden. Eine Rinne 98
(Fig. 13) mit geneigten Bordwänden 99 ist mit einem Schutzfilm 100 aus Polytetrafluoräthylen
(Teflon) bedeckt. Die Ränder 101 des Schutzfilms 100 sind hinter die geneigten Bordwände
99 der Rinne 98 abgebogen.
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Der Schutzfilm 100 wird an der Rinne 98 mittels Klammern 102 fixiert,
die aus einem korrosionsfesten Material gefertigt sind. Der Schutzfilm 100 schützt
auf diese Weise nur jene Abschnitte der Rinne 98, die die Flüssigkeit berühren,
d.h. unter den schlechtesten (hinsichtlich der Korrosionswirkung) Bedingungen stehen.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Apparates wird vollkommener
Schutz der Rinnenoberfläche gegen Einwirkung des aggressiven Mediums gewährleistet.
Eine Rinne 103 (Fig. 14) mit geneigten Bordwänden 104 ist in einem Mantel aus einem
Schutzfilm 105 eingeschlossen. Der Schutzfilm 105 kann an der Rinne 103 angeklebt
sein. Da die Klebeschicht zwischen der Außenfläche der Rinne 103 und der Innenfläche
des Mantels unter dem Schutzfilm 105 liegt, ist das Auflösen des Klebemittels unter
der Wirkung des Arbeitsmediums ausgeschlossen.