DE3229510C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffaustauschboden und Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 2 und 3.

Stoffaustauschböden dieser Art gehören zu den sog. Ventil­ böden mit "starren" Ventilen. Sie sind z. B. aus den schwei­ zerischen Patentschriften Nr. 291 798 und 318 804 bekannt. Wie in der schweizerischen Patentschrift 291 798 beschrieben, werden solche Böden aus einer Blechplatte hergestellt, indem z. B. rechteckige Streifen an den beiden Längsseiten durch einen Stanzstempel und eine entsprechende Matrize vom Boden abgetrennt und gleichzeitig aus diesem herausgedrückt werden, wobei die Streifen durch die an den Querseiten entstehenden entsprechend dem Abstand zwischen Abdeckung und Bodenblech gestreckten, einstückig mit diesen zusammenhängenden Verbin­ dungsstegen mit dein Bodenblech verbunden bleiben. Die Rand­ kanten des die Abdeckung bildenden Streifens verlaufen paral­ lel zu den Kanten der Ränder, welche die im Boden entstandene Öffnung begrenzen. Zwischen den einander zugewandten Kanten der Rän­ der der Abdeckung und der Öffnung sind Einströmschlitze (Schlitzdüsen) für die gas- oder dampfförmige Phase gebildet.

Die Stoffaustauschböden werden vor allem für die Rektifikation und Absorption verwendet und dienen zur möglichst innigen Vermischung der flüssigen und der gas- oder dampfförmigen Phase, wobei die letztere durch die Öffnungen im Boden und von den Abdeckungen abgelenkt durch die Einströmschlitze in die sich auf dem Boden ausbreitende flüssige Phase strömt.

An Stoffaustauschböden werden allgemein vor allem drei wesentliche Anforderungen gestellt, nämlich hohe Belastbarkeit hinsichtlich des Gasdurchsatzes, hoher Wirkungsgrad (hohe Stoffaustauschrate) und geringer Druckverlust für die Gasströmung. Die Stoffaustauschböden der eingangs genannten Art haben einen hohen Wirkungsgrad und gegenüber anderen Böden, wie Glockenböden, Ventilböden mit beweglichen Ventilen, z. B. Drallventilböden, Käfigventilböden, Klappventilböden usw. vor allem den Vorteil baulicher Einfachheit und billiger Herstellbarkeit. Den bisherigen Böden der eingangs genannten Art sind aber bezüglich Anforderungen an eine hohe Gasbelastbarkeit und geringe Druckverluste Grenzen gesetzt. Gasbelastbarkeit und Druckverluste werden im wesentlichen durch die Größe und Anzahl der für den Gasstrom zur Verfügung stehenden Ventilöffnungen bestimmt. Die Ventilöffnungen der starren Ventile sind die Einströmschlitze zwischen den Rändern der Abdeckungen und der Öffnungen. Die Größe der Einströmschlitze ist begrenzt; denn die Stege, welche die Abdeckungen mit dem Boden verbinden, würden über die Bruchgrenze gestreckt und deshalb reißen, wenn man starre Ventile mit sehr großer Schlitzhöhe herstellen wollte. Die Anzahl der Einströmschlitze, d. h. der Ventile, ist ebenfalls begrenzt, und zwar aus zwei Gründen. Zunächst verwirft sich das Bodenblech bei der Herstellung nahe aneinander gereihter Ventile durch die dabei auftretende hohe Beanspruchung. Zwar könnte diese Verwerfung durch ein nachträgliches, aufwendiges Richten des Bodens behoben werden; es bliebe aber ein nicht behebbarer zweiter Nachteil, der darin besteht, daß die durch die Abdeckungen horizontal abgelenkten Gasströme bei seitlich zu nahe angeordneten Ventilen unmittelbar aufeinander zu und dadurch wieder vertikal abgelenkt würden. Dadurch würde das für den Bodenwirkungsgrad ungünstige Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen zum nächsten Boden verstärkt.

Bei Böden anderer Art, nämlich aus gelochtem Blech bestehenden Siebböden für Destillationskolonnen, ist es aus Chemical Engineering, September 8, S. 119 (1980) bekannt, zur Druckabfallverringerung die Kanten der Siebbodenlöcher durch Abschleifen des Bodens zu entgraten und die durch das Stanzen abgerundeten Lochränder dem Gas- oder Dampfstrom zuzuwenden. Dies läßt sich jedoch auf die Stoffaustauschböden der eingangs genannten Art wegen der vorstehenden, mit dem Bodenblech verbundenen Abdeckungen und den damit seitlich gebildeten Einströmschlitzen für die gas- oder dampfförmige Phase nicht ohne weiteres übertragen und hat bei diesen Böden dann auch keinen Eingang gefunden.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Erhöhung der Gasbelastbarkeit und eine Verringerung des Druckverlusts bei Stoffaustauschböden der eingangs genannten Art unter Vermeidung der bei einer Erhöhung der Größe und Anzahl der Ventilöffnungen (Einströmschlitze) auftretenden Nachteile zu erreichen.

Diese Aufgabe wird in vorrichtungsmäßiger Hinsicht durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 2 und 3 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsarten des Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 bis 7 umschrieben.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Abrunden der einander zugewandten, die Einströmschlitze begrenzenden Kanten der Ränder der Abdeckungen sind der Öffnungen die Gasbelastbarkeit um etwa 30% erhöht und der Druckverlust ebenfalls um etwa 30% verringert werden kann.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 und 2 starre Ventile bekannter Austauschböden der eingangs genannten Art sind in Fig. 3 bis 5 Ausführungsbeispiele starrer Venti­ le von erfindungsgemäßen Austauschböden dargestellt die im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten starren Ventils,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein bekanntes, starres Ventil gleicher Art,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes, starres Ventil, dessen Kanten durch eine Ober­ flächenbehandlung gerundet sind, sowie

Fig. 4 und 5 je einen Schnitt durch ein anderes erfindungsgemäßes, starres Ventil bei dessen Herstellung in zwei Verfahrensschritten.

Die in Fig. 1 sind 2 dargestellten, bekannten, starren Ventile 1 sind Ventile von Stoffaustauschböden 2 für den Stoffaustausch zwischen einer flüssigen und einer gas- oder dampfförmigen Phase in einer für die Rektifikation bzw. die Absorption verwendeten Kolonne. Jedes Ventil 1 hat eine in einem Abstand über einer Öffnung 3 des als Blech bestehenden Bodens 2 angeordnete und durch Stege 4 einstückig mit dem Boden 2 verbundene Abdeckung 5. Zwischen den Rändern der Abdeckung 5 und der Öffnung 3 sind zwei Einströmschlitze 6 für die gas- oder dampfförmige Phase gebildet.

Zur Herstellung des bekannten Ventils wurde in bekann­ ter Weise die Abdeckung 5 durch einen in Richtung des Pfeiles 7 vorgeschobenen (nicht dargestellten) Stanz­ stempel und eine auf der Gegenseite befindliche, ent­ sprechende (nicht dargestellte) Stanzmatrize an ihren beiden Längsseiten vom Boden 2 abgetrennt und gleich­ zeitig aus diesem herausgedrückt. Die an den Rändern der Abdeckung 5 und der Öffnung 3 infolge des Stanzens entstehenden, außerordentlich scharfen Stanzkanten 8 und 9 mit den darauf vergrößert angedeuteten Graten (Stanzbrauen) begrenzen, bedingt durch das Herstellungs­ verfahren, die Einströmschlitze 6. Nach der der Erfin­ dung zugrundeliegenden Erkenntnis sind die die Einström­ schlitze 6 begrenzenden scharfen Kanten 8, 9 und Grate der Grund für die im Vergleich zu den im folgenden be­ schriebenen Austauschböden mit erfindungsgemäß ausge­ bildeten Ventilen geringere Gasbelastbarkeit und höhe­ ren Druckverluste des bekannten Stoffaustauschbodens 2.

Bei den in Fig. 3 und 5 dargestellten erfindungsgemäßen Ventilen 11 und 21 sind die den Teilen 2 bis 9 entspre­ chenden Teile mit 12 bis 19 und 22 bis 29 bezeichnet. Der Austauschboden 12, 22 der Ventile 11, 21 besteht aus rostfreiem Stahlblech, das optimale Eigenschaften hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit für die meisten Anwendungsfälle aufweist, bei dessen Stanzen sich aber unvermeidlich verhältnismäßig große Grate (Stanzbrauen) bilden, welche bei nach dem bisherigen Verfahren herge­ stellten Ventilen 1 von den Kanten 8, 9 in die Einström­ schlitze 6 hineinragen und deshalb die Gasbelastbarkeit stark verringern sowie zu hohen Druckverlusten führen würden.

Bei den erfindungsgemäßen Ventilen 11 und 21 sind die einander zugewandten, die Einströmschlitze 16 und 26 begrenzenden Kanten 18, 19 und 28, 29 nicht scharf sondern gerundet und somit auch gratlos, wodurch eine hohe Gasbelastbarkeit und geringe Druckverluste erreicht werden.

Das in Fig. 3 dargestellte, erfindungsgemäße Ventil 11 wird in einem ersten Verfahrensschritt in derselben Wei­ se wie das bekannte Ventil 1 durch Stanzen hergestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden dann die einan­ der zugewandten Kanten 18, 19 der Ränder der Öffnung 13 und der Abdeckung 15 durch eine Oberflächenbehandlung abgerundet. Das Abrunden der Kanten kann durch eine mechanische, chemische oder elektrochemische Oberflächen­ behandlung, beispielsweise mechanisch durch Sandstrah­ len, Abschleifen oder Abstoßen, chemisch durch Beizen und elektrochemisch durch eine elektrolytische Behandlung (elektrolytisches Polieren) erfolgen. Die mechanische Bearbeitung durch Sandstrahlen ist allerdings insofern aufwendig, als die Sandstrahldüse präzise unmittelbar auf die abzurundenden Kanten jedes Ventils gerichtet werden muß. Entsprechend aufwendig ist das mechanische Abschleifen oder Abstoßen der einzelnen Kanten. Die chemische und elektrochemische Oberflächenbehandlung ist demgegenüber einfacher, durch sie wird allerdings die Oberfläche des ganzen Austausch­ bodens 12 der Behandlung ausgesetzt, wodurch sich die Be­ netzungseigenschaften des Bodens verändern, was je nach der verwendeten flüssigen Phase einen ungünstigen Einfluß auf den Stoffaustausch haben kann. Um dies zu ver­ meiden, kann die chemische Behandlung auch auf die einan­ der zugewandten, die Einströmschlitze 16 begrenzenden Kanten 18, 19 beschränkt werden, indem zum Beispiel die für das Beizen verwendete Säurelösung nur auf diese Kanten aufgetragen wird, was aber - ähnlich wie die mechanische Bearbeitung - aufwendig ist.

Das im folgenden anhand von Fig. 4 und 5 beschriebene Herstellungsverfahren vermeidet die den Oberflächen­ behandlungen inhärenten Schwierigkeiten; es ist einfach, erfordert keine Nachbehandlung des Bodens und führt zu keiner Änderung der Oberflächenbeschaffenheit des Bo­ dens. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird in einem ersten Schritt die Abdeckung 25 des herzustellenden, starren Ventils 21 an ihren beiden Längsseiten durch Stanzen vom Boden 22 abgetrennt, wobei der mit voneinander distanzierten, parallelen Schneiden 30, 31 versehene Stanzstempel 32 nur soweit in Richtung des Pfeils 33 vorgeschoben wird, wie dies zum Abtrennen der Abdeckung 25 gerade erforderlich ist. Die notwendige, entsprechen­ de Stanzmatrize wurde der übersichtlicheren Darstellung wegen wiederum weggelassen. In einem zweiten Schritt wird die abgetrennte Abdeckung 25 - wie in Fig. 5 durch den Pfeil 34 angedeutet - mittels eines (nicht darge­ stellten), der Abdeckung 25 angepaßten Druckstempels entgegengesetzt zur Vorschubrichtung 33 des Stanzstem­ pels 32 aus dem Boden 22 herausgedrückt. Indem das Herausdrücken der Abdeckung 25 entgegengesetzt zur Vor­ schubrichtung des Stanzstempels 32 erfolgt, wird er­ reicht, daß die an der dem Stanzstempel 32 zugewandten Seite des Rands der Abdeckung 25 und der dem Stanzstem­ pel 32 abgewandten Seite des Rands der Öffnung 23 ent­ stehenden scharfen Stanzkanten 35, 36, die Grate bzw. Stanzbrauen aufweisen, auf die einander abgewandten Seiten der Abdeckung 25 und Öffnung 23 zu liegen kom­ men. Die an der dem Stanzstempel 32 abgewandten Seite des Rands der Abdeckung 25 und der dem Stanzstempel 32 zugewandten Seite des Rands der Öffnung 23 entstehen­ den, runden Kanten 28, 29 begrenzen somit, einander zu­ gewandt, die Einströmschlitze 26 des Ventils 21.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Ab­ deckungen durch parallel zum Boden verlaufende Streifen gebildet. Die Abdeckungen konnten aber auch anders, zum Beispiel kreisförmig ausgebildet sein und auch schräg zum Boden verlaufen.

Claims (7)

1. Stoffaustauschboden für den Stoffaustausch zwischen einer flüssigen und einer gas- oder dampfförmigen Phase in einer Kolonne, insbesondere für die Rektifikation und die Absorption, mit in einem Abstand über Öffnungen (3; 13; 23) des Bodens (2; 12; 22) angeordneten und durch Stege (4) einstückig mit dem Boden (2; 12; 22) verbunde­ nen Abdeckungen (5; 15; 25), wobei zwischen den Rändern der Abdeckungen (5; 15; 25) und der Öffnungen (3; 13; 23) Einströmschlitze (6; 16; 26) für die gas- oder dampf­ förmige Phase gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten, die Einströmschlitze (16; 26) begrenzenden Kanten (18, 19; 28, 29) der Rän­ der der Abdeckungen (15; 25) und Öffnungen (13; 23) gerundet sind.

2. Verfahren zur Herstellung des Bodens nach Anspruch 1, bei dem die Ab­ deckungen (5; 15; 25) aus dem Boden (2; 12; 22) durch voneinander distanzierte Schnitte abgetrennt und herausgedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtrennen in einem ersten Stanzschritt der mit voneinander distanzierten Schneiden (30, 31) versehene Stanzstempel (32) nur soweit vorgeschoben wird, wie dies zum Abtrennen gerade erforderlich ist, und darauf in einem zweiten Schritt die abgetrennte Abdeckung (25) entgegengesetzt (34) zur Vorschubrich­ tung (33) des Stanzstempels (32) aus dem Boden (22) herausgedrückt wird, so daß die an der dem Stanzstempel (32) zugewandten Seite des Abdeckungsrands (25) und der dem Stanzstempel (32) abgewandten Seite des Öffnungsrands (23) entstehenden, Grate aufweisenden, scharfen Kanten (35, 36) auf die einander abgewandten Seiten des Abdeckungs- (25) und Öffnungsrands (23) zu liegen kom­ men und die an der dem Stanzstempel (32) abgewandten Seite des Abdeckungsrands (25) und der dem Stanzstempel (32) zugewandten Seite des Öffnungsrands (23) entstehenden, runden Kanten (28, 29) die Einströmschlitze (26) begrenzen.

3. Verfahren zur Herstellung des Bodens nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckun­ gen (5; 15; 25) aus dem Boden (2; 12; 22) durch voneinander distanzierte Schnitte abgetrennt und herausgedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Abtrennen und Herausdrücken einander zugewandten, die Einström­ schlitze (16) begrenzenden Kanten (18, 19) der Ränder der Abdeckungen (15) und Öffnungen (13) durch eine Oberflächenbehandlung abgerundet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (18, 19) durch chemische und/oder elektrochemische Oberflächenbehandlung abgerundet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (18, 19) durch Beizen oder eine elektrolytische Behandlung abgerundet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (18, 19) durch eine mechanische Bearbeitung abgerundet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (18, 19) durch Sandstrahlen, Abschleifen oder Abstoßen abgerundet werden.