DE3239409C2 - Stoffaustauschapparat - Google Patents

Abstract

Gemäß der Erfindung enthält der Stoffaustauschapparat ein senkrechtes zylindrisches Gehäuse (1), das höhenmäßig durch Phasenberührungsböden (2) unterteilt ist, die Überläufe (3), Ablaufwehre (7) und abwechselnde gelochte und volle Sektoren (4, 5) aufweisen, wobei diese Sektoren auf den benachbarten Böden (2) abwechselnd übereinander angeordnet sind und unterhalb eines jeden Bodens (2) zwischen dem gelochten und dem vollen Sektor (4, 5) Trennwände (6) angebracht sind, die nach der Seite des gelochten Sektors (4) hin geneigt sind.

Description

ίο — der Bodenabstand durch Bewirken der Gas-Flüssigkeits-Trennung im Zwischenbodenraum verringert werden kann,

— die Wirksamkeit des Stoffaustausches durch Bildung einer zusätzlichen Phasenberührungszone über und hinter dem Ablaufwehr erhöht werden kann.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Chemie-Apparatebaus und insbesondere auf Stoffaustauschbodenapparate.

Die Erfindung eignet sich für die Durchführung von Rektifikations-, Destillations- und Absorbtionsprozessen in Bodenkolonnen.

In der chemischen Technologie der Industrieländer der Welt werden Bodenapparate bei der Trennung von Gasgemischen zu Komponenten durch Stoffaustausch zwischen Flüssigkeit und Gas, die auf den Böden in Kontakt stehen, weitgehend eingesetzt. Bei einer niedrigen relativen Flüchtigkeit der Komponente kann die Höhe der Stoffaustauschapparate wegen einer großen Bodenzahl, die erforderlich ist, um die vorgegebene Trenngüte des Ausgangsgemisches zu erreichen, mehrere Dutzend von Metern betragen.

Im Zusammenhang damit ist die Schaffung von Bodenkolonnen neuer Art, die den bekannten Kolonnen gegenüber kleinere Abmessungen und einen geringeren Metallaufwand aufweisen, zum aktuellen Problem geworden.

Heutzutage sind eine Vielzahl von Bodenausführungen bekannt, bei denen der Phasenberührungsteil aus einem gelochten Blech oder einem Metall- oder Kapronsieb hergestellt ist, wobei die Phasenberührungsteile auf benachbarten Böden übereinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Böden in einer solchen Ausführung wird durch die Höhe der Gasflüssigkeitsschicht in der Durchsprudelungszone sowie durch die Höhe des Abscheidungsraumes über der Schaumschicht, durch die das Mitreißen der Flüssigkeit auf den höherliegenden Boden ausgeschlossen ist, bestimmt.

Der Nachteil solcher Böden besteht darin, daß der Bodenabstand und die gesamte Höhe des Apparates nicht verringert werden können, ohne Verschlechterung der Trennwirksamkeit wegen des Mitreißens der Flüssigkeit aus dem Zwischenbodenraum.

Es ist ein Bodenapparat zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen bekannt, der ein Gehäuse und Phasenberührungselement mit Prallblechen enthält, die als Blech mit abgebogenen Dampfdüsen ausgebildet sind.

Der Nachteil dieses Apparates ist eine niedrige Wirksamkeit der Abscheidung des Gases von der Flüssigkeit im Zwischenbodenraum.

Es ist ein weiterer Stoffaustauschapparat bekannt, der ein Gehäuse enthält, das höhenmäßig durch Phasenberührungsböden unterteilt ist, die aus sich abwechselnden gelochten und vollen Sektoren bestehen.

Der Nachteil des bekannten Apparates ist darin zu sehen, daß bei einer Verminderung des Bodenabstandes Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß in einem Stoffaustauschapparat mit einem senkrechten zylindrisehen Gehäuse, das höhenmäßig durch Phasenberührungsböden unterteilt ist die Überläufe, Ablaufwehre und sich abwechselnde gelochte und volle Sektoren aufweisen, wobei diese Sektoren auf den benachbarten Boden übereinander angeordnet sind, erfindungsgemäß unterhalb eines jeden Bodens zwischen den gelochten und den vollen Sektoren Trennwände angebracht sind, die jeweils nach der Seite des gelochten Sektors hin geneigt sind.

Bei einem derartigen Stoffaustauschapparat ist der Bodenabstand von der Höhe der zweiphasigen Schicht auf dem gelochten Sektor nicht abhängig und läßt sich dank der wirkungsvollen Phasentrennung im Zwischenbodenraum bis auf einen Mindestwert, der sich aus der Überflutungsbedingung der Überläufe ergibt, bringen.

Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hinweisen auf die Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Stoffaustauschapparat mit einem gelochten Sektor auf jedem Boden,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Boden mit einem gelochten Sektor,

F i g. 3 das Schema der Gas- und Flüssigkeitsstromwege auf den Böden des Stoffaustauschapparates,

Fig.4 einen Längsschnitt durch einen Stoffaustauschapparat mit zwei gelochten Sektoren auf jedem Boden,

F i g. 5 eine Draufsicht auf einen Boden mit zwei gelochten Sektoren,

F i g. 6 das Schema der Gas- und Flüssigkeitsstromwege auf Böden mit zwei gelochten Sektoren,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch einen Stoffaustauschapparat mit drei gelochten Sektoren auf jedem Boden,

F i g. 8 eine Draufsicht auf einen Boden mit drei gelochten Sektoren,

F i g. 9 das Schema der Gas- und Flüssigkeitsstromwege auf Böden mit drei gelochten Sektoren.
Der erfindungsgemäße Stoffaustauschapparat (F i g. 1, 2) weist ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, innerhalb dessen höhenmäßig Böden 2 mit Überläufen 3 übereinander angeordnet sind. Die Böden 2 bestehen aus abwechselnd angeordneten gelochten 4 und vollen Sektoren 5, zwischen denen nach unten geneigte Trennwände 6 angebracht sind. Oberhalb des Bodens 2 ist an der Stoßstelle des gelochten 4 und des vollen Sektors 5 ein Ablaufwehr 7 vorgesehen. Die Uödcn 2 werden im Gehäuse 1 des Stoffaustauschapparates derart untergc-

bracht, daß im Bereich von zwei benachbarten Böden jeweils der gelochte 4 und der volle Sektor 5 übereinander zu liegen kommen. Der in Fig. 1, 2 dargestellte Stoffaustauschapparat arbeitet folgendermaßen:

Die am Boden 2 zulaufende Flüssigkeit kommt auf dem gelochten Sektor 4 mit dem Gas in Berührung, wonach der Gas-Flüssigkeitsstrom durch einen durch die geneigte Trennwand 6 und das Ablaufwehr 7 gebildeten profilierten Kanal fließt und gegen den vollen Sektor 5 geschleudert wird. In F i g. 3 ist der Flüssigkeitsstromweg mit einer ausgezogenenen Linie angedeutet Die Flüssigkeitstropfen auf dem vollen Sektor 5 koagulieren und fließen in den Überlauf 3 ab F i g. 1, 2), während das Gas nach oben steigt und durch die Löcher des gelochten Sektors 4 des höherliegenden Bodens 2 entweicht Die Strötnungsrichtung des Gases auf den Böden 2 des Stoffaustauschapparates ist in F i g. 3 mit einer gestrichelten Linie angedeutet

Um die Durchsatzfähigkeit des Apparates in bezug auf die Flüssigkeit und das Gas zu erhöhen, isf es zweckmäßig, den Überlaufumfang und die Durchtrittsfläche für den Gasflüssigkeitsstrom über den Ablaufwehren maximal zu vergrößern. Diesem Zweck dienen die in F i g. 4, 5 und F i g. 7,8 dargestellten Abänderungen des Stoffaustauschapparates.

Der grundsätzliche Unterschied zwischen dem Stoffaustauschapparat gemäß F i g. 4, 5 und dem in F i g. 1,2 dargestellten besteht darin, daß die benachbarten Boden 8 und 9 eine ungleiche Zahl von Überläufen 10 und 11 haben. Der Überlauf 10 eines Bodens 8 ist in Form eines rechtwinkligen Kastens ausgebildet und in der Mitte eines gelochten Sektors 12 angeordnet, während sich zwei Überläufe 11 eines Bodens 9 am Rande von vollen Sektoren 13 und 14 befinden. Die Böden 8 und 9 sind mit zwei gelochten Sektoren 15 und 16 und zwei geneigten Trennwänden 17 ausgestattet.

Der in Fig.4, 5 dargestellte Stoffaustauschapparat arbeitet folgendermaßen: Der aus dem mittleren Überlauf 10 des Bodens 8 zulaufende Flüssigkeitsstrom wird in zwei Teilströme geteilt, von denen jeder auf die gelochten Sektoren 15 gelangt und mit dem durch die Löcher des Bodens 9 durchtretenden Gas in Wechselwirkung kommt. Mit Hilfe der geneigten Trennwände 17 des Bodens 8 wird der Flüssigkeitsstrom gegen die vollen Sektoren 13 und 14 geschleudert. Dabei fließen die Flüssigkeitstropfen über die vollen Sektoren 13 und 14 in die Überläufe 11 ab, während das Gas aufsteigt und durch die Löcher der gelochten Sektoren 15 des höherliegenden Bodens 8 entweicht. Die Gas- und Flüssigkeitsstromwege auf den Böden 8 und 9 des Stoffaustauschapparates sind in F i g. 6 entsprechend mit einer gestrichelten ausgezogenenen Linie angedeutet. Die Böden 8, 9 des SToffaustauschapparates (F i g. 4, 5) haben Überläufe mit einem erweiterten Ablaufumfang und gegenüber den Böden 2 der Fig. 1, 2 eine größere Gasdurchtrittsfläche unter den geneigten Trennwänden 17 und somit eine höhere gas- und flUssigkeitsbezogene Durchsatzfähigkeit.

Die Abänderung eines hochleistungsfähigeren Stoffaustauschapparates ist in F i g. 7,8 wiedergegeben. Der so Boden 18 des Stoffaustauschapparates hat zwei Überläufe, und zwar einen mittleren rechtwinkligen Überlauf 19 und einen segmentalen Randüberlauf 20. Der Überlauf 19 ist in der Mitte eines vollen Sektors 21, der Überlauf 20 am Rande eines vollen Sektors 22 angeordnet. Der Boden 18 hat drei gelochte Sektoren 23,24 und 25.

An den Stoßstellen der gelochten und der vollen Sektoren sind unterhalb des Bodens 18 geneigte Trennwände 26,27 und 28 angebracht

Der Stoffaustauschapparat arbeitet folgendermaßen: Der gesamte Flüssigkeitsstrom kommt gleichzeitig in die Überläufe 19 und 20, wonach die Flüssigkeit aus dem Überlauf 20 auf den gelochten Sektor 23 gelangt und mit dem durch die Löcher des gelochten Sektors 23 durchtretenden Gas in Berührung kommt Der beim Durchsprudeln von Gas durch die Flüssigkeit entstehende zweiphasige Strom wird mittels der geneigten Trennwand 28 gegen den vollen Sektor 21 geschleudert und die vom Gas abgeschiedene Flüssigkeit fließt in den Überlauf 19 auf den tieferliegenden Boden ab. Die Flüssigkeit aus dem mittleren Überlauf 19 wird in zwei Teilströme geteilt und fließt den gelochten Sektoren 24 und 25 zu, wo sie mit dem durch die Löcher dieser Sektoren durchtretenden Gasstrom in Wechselwirkung kommt Der zweiphasige Strom wird auf den vollen Sektoren 21 und 22 getrennt wonach das Gas zu den Löchern des höherliegenden Bodens aufsteigt und die Flüssigkeit in die Überläufe 19 und 20 abfließt Die Gas- und Flüssigkeitsstromwege auf den Böden 18 sind in F i g. 9 entsprechend mit einer gestrichelten und ausgezogenen Linie angedeutet

Die erfindungsgemäße Ausführungen der Stoffaustauschapparate gestatten es, im Vergleich zu den besten Mustern der analogen Ausrüstung den Bodenabstand bis auf 30 bis 40 mm zu verkürzen und dadurch die Stoffaustauschapparate kompakter zu gestalten sowie die Wirksamkeit des Stoffaustausches auf den Böden sowohl durch ein vermindertes Mitreißen der Flüssigkeit, als auch durch die Bildung einer zusätzlichen Phasenberührungszone im profilierten Kanal unter der geneigten Trennwand und an dessen Ausgang zu erhöhen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Stoffaustauschapparat, mit einem senkrechten zylindrischen Gehäuse (1), das höhenmäßig durch Phasenberührungsböden (2) unterteilt ist die Überläufe (3), Ablaufwehre (7) und abwechselnde gelochte und volle Sektoren (4 bzw. 5) aufweisen, wobei diese Sektoren auf den benachbartem Böden übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines jeden Bodens (2) zwischen dem gelochten und dem vollen Sektor (4 bzw. 5) Trennwände (6) angebracht sind, die nach der Seite des gelochten Sektors (4) hin geneigt sind.

   der am schlitzförmigen Spalt über den Ablauf durchgehende Gasstrom einen Teil der in ihm enthaltenen Flüssigkeitstropfen in die Löcher des gelochten Sektors des höherliegenden Bodens mitreißt so daß die Wirksamkeit des Stoffaustausches schroff herabgesetzt wird.

   Z*eck der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufbau der Kolonnenböden vom Durchsprudelungstyp derart zu verbessern, daß