DE3341992A1

DE3341992A1 - Mehrstufenkolonne

Info

Publication number: DE3341992A1
Application number: DE19833341992
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 5000 Köln Schreiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-22
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1985-05-30

Description

Nehrstufenko 1 onne
Die Erfindung bezieht sich auf eine vertikal angeordnete Mehrstufenkolonne der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art.
Derartige Kolonnen sind u.a. als Wirbelzellenkolonnen, beispielsweise zur Fluidisierung von Feststoffpartikeln in einer rägerströmung,mit Einleitungsvorrichtung für die zu behandelnde Flüssigkeit l-nd Abzugsvorrichtung für die behandelnde Flüssigkeit im cberen Teil der Kolonne, Einleitungsvorrichtung für die behandelnde Flüssigkeit und Austragsvorrichtung für den behandelten Stoffstrom im unteren Teil der Kolonne mit einer Mehrzahl von Böden, die eine oder mehrere Öffnungen zum Hindurchtreten wenigstens eines Stoffstromes freilassen und die beispielsweise als sogenannte Kegelböden ausgestaltet sein können, bekanntgeworden (vgl. DE-OS 32 10 117).
Es stellte sich die Aufgabe, bei einer Mehrstufenkolonne der eingangs genannten Art den Wirkungsgrad weiter zu verbessern und insbesondere die Gefahr des Absetzens von Feststoffpartikeln, z.B. im Bereich der Querschnittsverendungen, etwa beim Durchtritt durch die mit ihrer konkaven Seite nach oben orientierten Böden von oben nach unten oder im Bereich des Kolonnenbodens oder -sumpfes, weiter zu verringern.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst. Sie besteht darin, daß bei einer vertikal angeordneten Nehrstufenkolonne der eingangs genannten Art die Merkmale a) bis d) des Kennzeichens des Patentanspruches 1 verwirklicht sind.
Bei der vorliegenden Mehrstufenkoloane wird von einer Ausbildung ausgegangen, bei der die Böden in der Kolonne abwechselnd nach oben bzw. nach unten orientiert sind.
Jede Stufe der vorliegenden Kolonne wird begrenzt durch zwei benachbarte, jeweils mit ihrer konkaven Seite nach oben gerichtete Böden einschließlich des Volumens des Konus des unteren der beiden die Stufe begrenzenden Böden und des Volumens der zwischen Mantelrohr und Konus des oberen der beiden die Stufe begrenzenden Böden.
Die Böden der Kolonne, die jeweils mit ihrer konkaven Seite nach oben orientiert sind, weisen die Besonderheit auf, daß sie nach unten in einen geraden, engeren Rohrabschnitt und anschließend einen Konus mit einer Unterlaufdüse übergehen, wobei sich der Rohrabschnitt (nachfolgend auch Zentralrohr genannt) ggf. auch nicht in den Konus mit Unterlaufdüse zu verengen braucht.
Die Böden werden in bekannter Weise zweckmäßig auf Ringen, Ringsegmenten oder Stegen, die am inneren Kolonnenumfang befestigt sind, montiert. Auch können die zentralen Öffnungen der mit der konkaven Seite nach unten orientierten Böden durch Mittelstücke ganz oder teilweise geschlossen werden, so daß die Kolonne sehr gut verschiedenen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.
Anwendungen der vorgeschlagenen Nehrstufenkolonne sind ganz allgemein die Behandlung von heterogenen Fluiden, wobei eine Behandlung der am Kopf zugeführten partikelhaltigen Flüssigkeit erfolgt oder auch die Behandlung von Flüssigkeiten erfolgen kann, bei denen erst aufgrund von in der Kolonne ablaufenden chemischen Reaktionen oder physikalisch-chemischen Vorgängen Partikel entstehen oder ausfallen. Der Betrieb der vorliegenden Mehrstufenkolonne ist sowohl im Gegenstromverfahren, beispielsweise beim Austausch der kontinuierlichen Phase durch eine andere Flüssigkeit, als auch im Gleichstromverfahren, beispielsweise bei der Durchführung chemischer Reaktionen mit bestimmten Verweilzeiten, von Kristallisationen u.dgl., des Partikelklassierens sowie von Kaskadenverfahren beim Einsatz homogener Flüssigkeiten möglich.
Durch das in die Rohrabschnitte bzw. Konusse (Zentralrohr) axial von oben hereinragende Tauchrohr, das unterhalb des darüberliegenden Kegelbodens in einen horizontalen, seitlich durch die Kolonnenwand geführten Seitenabzug übergeht, und die außerhalb der Kolonne im Seitenabzug installierte Pumpe mit der tangential und schräg zur Achse gerichteten Wiedereinleitung der über das Tauchrohr abgezogenen Flüssigkeit, wird insgesamt eine Verringerung der Partikelkonzentration im Konus und auch ein beachtlicher Anstieg der Suspensionsgeschwindigkeit am Kolonnenboden erreicht mit der Folge, daß die Gefahr des Absetzens von Partikeln erheblich vermindert wird und insgesamt ein besserer Wirkungsgrad der Kolonne erreicht wird.
Die vorliegende Mehrstufenkolonne kann auch als kontinuierliche Gleichstromkolonne betrieben werden, bei der während des Betriebs eine Gasentwicklung auftritt. Durch Leitungen jeweils in dem toten Winkel zwischen der Kolonnenwand und den mit ihrer konkaven Seite nach unten gerichteten, über den gesamten Umfang mit der Kolonne wand verbundenen Böden, die keine ringspaltförmigen Durchlässe zwischen dem Boden und der Kolonnenwand freilassen, wird für eine entsprechende Ableitung der sich an den genannten Stellen ansammelnden Gase aus der Eolonne gesorgt. Bei dieser Betriebsweise wird am Kopf der Kolonne reine Flüssigkeit oder Suspension zugegeben und am Boden der Kolonne die behandelte Flüssigkeit oder Suspension abgezogen (Figur 2).
Die vorliegendeKolonne/ als Gegenstromkolonne Die vorliegende Eolonne o auch als Gegenstromkolonne mit Gasentwicklung betrieben werden, wobei entsprechende Gasableitungen wie im vorher besprochenen Fall vorgesehen werden. Eine zusätzliche Gasableitung wird zweckmäßig auch am Kopf der Kolonne vorgesehen Bei dieser Fahrweise wird außer dem Einsatz von reiner Flüssigkeit oder Suspension am Kopf der Kolonne seitlich in der untersten Stufe der Kolonne ein zusätzlicher Flüssigkeitsstrom zur Behandlung des am Kopf der Kolonne zugeführten Einsatzstromes im Gegenstrom eingesetzt (Figur 3).
Ferner ist ein Betrieb der vorliegenden Kolonne als kontinuierliche Gleichstromkolonne mit zusätzlichem Gasgeben strom möglich, wobei entsprechende Gasableitungen vorzusehen sind und wobei seitlich, zweckmäßig in der zweituntersten Stufe der Kolonne, in die zwischen Zentralrohr und Mantelrohr gebildete Kammer der Gasgegenstrom eingeleitet wird. Dieser Gasstrom wird in der Kammer feinst zerteilt. Das sich in den toten Winkeln zwischen Kolonnen wand und Boden ansammelnde Gas wird durch entsprechende Leitungen in die darüberliegende entsprechende Kammer der nächsten Stufe weitergeführt (Figur 4).
Im über das Tauchrohr und den Seitenabzug abgezogenen, in die Pumpe gelangenden Strom befinden sich aufgrund der hydrodynamischen Gegebenheiten, die bei der vorliegenden Nehrstufenkolonne bewußt ausgenutzt werden, keine oder nur sehr wenige Partikel, weswegen normale Chemiepumpen verwendet werden können, ohne daß ein übermäßiger Verschleiß auftritt. Die über das Tauchrohr und den Seitenabzug sowie die Pumpe abgezogenen und in den Konus (Zentralrohr) tangential und schräg nach unten wiedereingeleiteten Flüssigkeitsstrahlströme weisen jeweils eine tangentiale und eine axiale Komponente auf. Dadurch wird in dem nach oben offenen Konus eine Wirbelströmung um die vertikale Achse, die im achsennahen Bereich eine Strömungssenke aufweist, bewirkt. Durch die aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung im Konus auf die Partikel wirkenden Massenkräfte tritt eine Wanderung der Partikel in radialer Richtung ein, wodurch über das axial angeordnete Tauchrohr eine weitgehend von Partikeln freie Flüssigkeit angesaugt wird.
Die Erfindung ist weiter anhand der Figuren 1 bis 4 der Zeichnung erläutert.
Gezeigt ist eine vertikal angeordnete Nehrstufenkolonne 1 in einem Querschnitt, der am Kopf die ggf. partikelhaltige Einsatzflüssigkeit, ggf. im Gegenstrom zu einem seit lich in der untersten Stufe der Kolonne eingeleiteten Flüssigkeitsstrom, zugeführt wird. Ferner sind gezeigt di mit ihren konkaven Seiten nach unten orientierten Böden 1 mit den durch Mittelstücke 11 verschließbaren zentralen öffnungen. Die mit ihrer konkaven Seite nach oben orien- tierten Böden 12 lassen im Gegensatz zu den entgegengesetzt orientierten Böden 13 ringspaltförmige Durchlässe zwischen dem äußeren Umfang und der Kolonnenwand frei und gehen in ein Zentralrohr bzw. - ggf. unter Zwischenschaltung eines zylindrischen Teils 3 geringeren Durchmessers -in einen Konus 4 über, der, außer am Kolonnenboden 2, noch von einem Mantelrohr 5 umgeben sein kann. Die Konusse 4 schließen mit der Unterlaufdüse 6 ab. In die Konusse ragt axial von oben ein Tauchrohr 7, das in einen horizontalen, seitlich durch die Kolonnenwand geführten, Seitenabzug 8 übergeht. Der Seitenabzug ist über eine außerhalb der Kolonne installierte Pumpe 9 jeweils mit mindestens einer tangential und schräg zur Achse gerichteten, in den zylindrischen Teil 3 bzw. das Zentralrohr etwa in Höhe der Ansaugöffnung des Tauchrohres 7 mündenden Zuleitung 10 verbunden. In Mantelrohr 5, das eine Kammer mit der Außenwand des Konusses 4 bzw. des Zentralrohres bildet, wird mittels einer Leitung 14, die von einer der Pumpen 9 versorgt wird, ein Flüssigkeitsstrahlstrom tangential eingeleitet. Durch die Festlegung der Einleitungsstelle an der Peripherie von Mantelrohr 5 für die tangentiale Einleitung mittels Leitung 14 sowie durch die von der Pumpe gelieferte Druckdifferenz kann man den Drehsinn der erzeugten Strömungen und die Geschwindigkeitsdifferenzen der in der Umgebung der Unterlaufdüse 6 aus der Kammer und aus dem Konus 4 zusammentreffenden Strömungen steuern.
Die tangentiale Einleitung über Leitung 14 in die zwischen Konus 4 bzw. Zentralrohr gad Mantelrohr 5 gebildete Kammer kann aus der gleichen oder auch einer benachbarten Stufe oder auch aus einer externen Qrelle gespeist werden.
Die in Figur 1 gezeigte Kolonne ist so geschaltet, daß sie als kontinuierliche Wirbelzellen-Gleichstromkolonne arbeitet.
Die in den Figuren 2 bis 4 eingetragenen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie oben bei Figur 1 beschrieben.

Claims

Pat entans#rüche 1. Vertikal angeordnete Nehrstufenkolonne (1), der am Kopf eine ggf. partikelhaltige Flüssigkeit, ggf. im Gegenstrom, zu einem seitlich im unteren Ende der Kolonne eingeleiteten Flüssigkeitsstrom zugeführt wird, mit in der Kolonne axialsymmetrisch angeordneten, mindestens einem als abgestumpfte gerade Hohlkegel mit Öffnungswinkeln von etwa 60 bis 1700 ausgebildeten Böden oder auch als Klöpper-, Kugelböden o.dgl.

geformten Böden (12), dadurch gekennzeichnet, daß a) der Boden (2) der Kolonne (1) und die jeweils mit ihrer konkaven Seite nach oben gerichteten Böden (12), ggf. unter Zwischenschaltung eines zylindrischen Teils (3), von im Vergleich zum jeweiligen Boden (12) verringertem Durchmesser in einen Konus (4), der, außer am Kolonnenboden (2), von einem Mantelrohr (5) umgeben ist, mit einer Unterlaufdüse (6) übergehen, b) in die Konusse (4) axial von oben ein Tauchrohr (7) hereinragt, das in einen horizontalen, seitlich durch die Kolonnenwand geführten Seitenabzug (8) übergeht, c) der Seitenabzug (8) über eine außerhalb der Kolonne installierte Pumpe (9) mit mindestens einer tangential und schräg zur Achse gerichteten, in den zylindrischen Teil (3) etwa in Höhe der Unterlaufdüse (6) mündenden Zuleitung (10) verbunden ist, d) nur bei den mit der konkaven Seite nach unten orientierten Böden (13) ringspaltförmige Durchlässe zwischen dem äußeren Umfang der Böden und der Kolonnenwand verbleiben.
2. Nehrstufenkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unterste Boden (13) mit seiner konkaven Seite dem Boden der Kolonne zugeordnet ist und ein jeweils darüberliegender Boden entgegengesetzt zu dem vorhergehenden Boden orientiert ist.
3. Nehrstufenkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der konkaven Seite nach unten orientierten Böden (13) zentrale Öffnungen aufweisen, die durch Nittelstücke (11) o.dgl. teilweise oder ganz geschlossen werden können.
4. Mehrstufenkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Seitenabzug (8) unterhalb des nächstliegenden Bodens (13) angeordnet ist.