DE4018137A1 - Fluidsammel- und -verteileinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidsammel- und -verteileinrichtung für Stoff- und/oder Wärmeaustauschkolonnen mit einer Flüssigkeitssammeleinrichtung, welche in der Kolonne herabfließende Flüssigkeit in eine Flüssigkeitsabführeinrichtung zusammenführt.

Zur destillativen Trennung von Gemischen werden immer häufiger Füllkörper- und Packungskolonnen eingesetzt. Ihr geringer Druckverlust minimiert die für die Trennung benötigte Energie. Diese an sich sehr erwünschte Eigenschaft bringt allerdings auch Probleme mit sich. So ist der Queraustausch innerhalb von Füllkörper- und Packungskolonnen gerade aufgrund der geringen Druckunterschiede in vielen Fällen nicht zufriedenstellend.

Diese Problematik und die bisher gemachten Lösungsversuche in Form von Gas- und Flüssigkeitsverteilern sind in einem Artikel von Moore und Rukovena, cav 35, Mai 1987, Seite 33 bis 41 ausführlich geschildert. Flüssigkeitssammler der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus dem Prospekt "Trennkolonnen für Destillation und Absorption" (Seite 9, "SLR") der Firma Sulzer bekannt. Derartige Flüssigkeitssammler führen unterhalb eines ersten Kolonnenabschnittes die herabfließende Flüssigkeit zusammen, um sie über einen zwischen Sammler und einem darunterliegenden zweiten Kolonnenabschnitt angeordneten Verteiler wieder gleichmäßig auf den Kolonnnenquerschnitt aufzugeben. Die Sammeleinrichtung besteht z. B. aus Leitblechen, welche die Flüssigkeit beispielsweise in einen Kanal einleiten, von dem die Flüssigkeit durch ein Ablaufrohr abfließt. In diesem Fall bilden Kanal und Ablaufrohr eine Flüssigkeitsabführeinrichtung.

Zur Verteilung von in die Kolonne eingeführtem Gas ist bekannt, mit herabfließender Flüssigkeit benetzte Siebböden als Gasverteiler einzusetzen. Zusätzlich zum Strömungswiderstand beim Durchströmen der Löcher erleidet das Gas weiteren Druckverlust beim Durchtritt durch die Flüssigkeitsschicht. Dieser ist jedoch unerwünscht und wegen seiner Abhängigkeit von der Flüssigkeitsbelastung nur höchst ungenau vorherzuberechnen. Außerdem besteht bei Böden die Gefahr der Überflutung durch nicht exakte Dimensionierung oder durch Verlegung. Solche Kolonnenböden sind daher als Gasverteileinrichtung nur bedingt geeignet.

Daneben sind beispielsweise Flüssigkeitssammel- und Gasverteileinrichtungen bekannt (beispielsweise Abb. 9 im oben zitierten Aufsatz von Moore/Rukovena), welche die genannten Nachteil von Kolonnenböden vermeiden. Diese Wirkung verdanken sie allerdings einem höchst komplizierten Aufbau, der mit außerordentlich hohen Herstellungskosten verbunden ist. Auch die relativ hohe Bauhöhe trägt dazu bei.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fluidsammel- und -verteileinrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, welche eine gleichmäßige Verteilung des Gases über den Kolonnenquerschnitt erlaubt und sich durch niedrige Herstellungskosten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unterhalb der Flüssigkeitssammeleinrichtung und im wesentlichen in Höhe der Flüssigkeitsabführeinrichtung eine Gasverteileinrichtung angeordnet ist.

Flüssigkeitsabführeinrichtung und Gasverteileinrichtung befinden sich also nebeneinander. Die Flüssigkeit, die ja oberhalb der Gasverteileinrichtung gesammelt wird, fließt dabei über die Flüssigkeitsabführeinrichtung an der Gasverteileinrichtung vorbei. Die Gasverteileinrichtung bleibt damit trocken. Der Druckverlust des aufsteigenden Gases hängt damit alleine vom Strömungswiderstand der Gasverteileinrichtung ab. Dieser kann so dimensioniert werden, daß eine optimale und zuverlässige Querverteilung erreicht wird, ohne daß unerwünschter zusätzlicher Druckverlust entsteht. Dazu genügen sehr einfache und kostengünstig herzustellende Mittel. Daneben ist mit der Integration von Flüssigkeitssammel- und Gasverteileinrichtung eine besonders geringe Bauhöhe zu erzielen.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Gasverteileinrichtung in Höhe der Oberkante der Flüssigkeitsabführeinrichtung.

Insbesondere ist es günstig, wenn die Gasverteileinrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine oder mehrere im wesentlichen horizontal angeordnete und mit Öffnungen versehene Platte(n) aufweist. In der Regel kann sogar mit einem einfachen und billigen Siebboden eine außerordentlich hohe Verteilgüte erzielt werden. Daneben ist selbstverständlich auch der Einsatz von Glockenböden oder ähnlichen Einbauten denkbar.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Öffnungen im wesentlichen homogen über die Platte(n) verteilt sind. Diese Homogenität bezieht sich auf die großräumige Verteilung, Inhomogenitäten mit geringer räumlicher Ausdehnung gegenüber dem Kolonnenquerschnitt sind unschädlich.

Da die in gleicher Höhe angeordnete Flüssigkeitsabführeinrichtung nur relativ wenig Platz benötigt, ist es darüber hinaus möglich, daß die Gasverteileinrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mindestens 50% der Querschnittsfläche der Kolonne überdeckt. Vorzugsweise werden sogar mehr als 70%, höchst vorzugsweise mindestens 80% des Kolonnenquerschnitts von der Gasverteileinrichtung erfaßt.

Dies erhöht die Verteilgüte weiter. Es entstehen kaum zusätzliche Kosten, da für den Gasverteiler einfache und preisgünstige Materialien verwendet werden können.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Fluidsammel- und -verteileinrichtung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Fluidsammel- und -verteileinrichtung in perspektivischer Ansicht. Die Kolonnenwand und andere Einbauten sind nicht dargestellt.

Die Flüssigkeitssammeleinrichtung besteht aus mehreren schräg zur Kolonnenachse und zur Horizontalen ausgerichteten Leitblechen 1, welche kleine schräg zu einem Sammelkanal 2 hin geneigte Rinnen 3 bilden. Über diese Rinnen wird sämtliche herabtropfende Flüssigkeit in den Sammelkanal 2 eingeführt. Die dem Betrachter zugewandte Hälfte der Flüssigkeitssammeleinrichtung ist der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht eingezeichnet. Sie ist jedoch vollständig symmetrisch zu der dargestellten Hälfte aufgebaut. Außerdem können weitere Leitbleche vorgesehen sein, welche Flüssigkeit zu einem kreisförmigen Ringkanal führt, welcher die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung in Höhe des Sammelkanals 2 umschließt.

Der Sammelkanal 2 wird nach unten durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Ablaufrohr entleert. Sammelkanal und Ablaufrohr sind Teil der Flüssigkeitsabführeinrichtung.

Etwa in Höhe des oberen Randes der Flüssigkeitsabführeinrichtung ist eine Gasverteileinrichtung angeordnet. Sie besteht aus zwei kreissegmentförmigen perforierten Platten 4, 5, die vorzugsweise aus einem für Kolonnenböden üblichen Material hergestellt sind. Die Platten sind horizontal, senkrecht zum Kolonnenquerschnitt angeordnet und überdecken den Anteil des Kolonnenquerschnitts, welcher nicht von der Flüssigkeitsabführeinrichtung, insbesondere dem Sammelkanal 2 und einem nicht dargestellten Ringkanal, eingenommen wird. In der speziellen Ausführung sind das etwa 75 bis 80% der gesamten Querschnittsfläche.

Der in den Flüssigkeitssammler integrierte Gasverteiler benötigt keinerlei zusätzliche Bauhöhe; die Höhe der gesamten Fluidsammel- und -verteileinrichtung ist nicht größer als die eines Flüssigkeitsverteilers alleine. In einer Versuchsanlage konnte eine hohe Verteilgüte allein durch Verwendung von einfachem Siebblech für die Gasverteileinrichtung erzielt werden.

Claims (5)

1. Fluidsammel- und -verteileinrichtung für Stoff- und/oder Wärmeaustauschkolonnen mit einer Flüssigkeitssammeleinrichtung, welche in der Kolonne herabfließende Flüssigkeit in eine Flüssigkeitsabführeinrichtung zusammenführt, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Flüssigkeitssammeleinrichtung und im wesentlichen in Höhe der Flüssigkeitsabführeinrichtung eine Gasverteileinrichtung angeordnet ist.

2. Fluidsammel- und -verteileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteileinrichtung in Höhe der Oberkante der Flüssigkeitsabführeinrichtung angeordnet ist.

3. Fluidsammel- und -verteileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteileinrichtung eine oder mehrere im wesentlichen horizontal angeordnete und mit Öffnungen versehene Platte(n) aufweist.

4. Fluidsammel- und -verteileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im wesentlichen homogen über die Platte(n) verteilt sind.

5. Fluidsammel- und -verteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteileinrichtung mindestens 50% der Querschnittsfläche der Kolonne überdeckt.