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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur homogenen Verteilung
eines Strömungsmittels in
einem geschlossenen Behälter.
Insbesondere ist ihr Gegenstand eine Vorrichtung, die dazu geeignet
ist, in einer Zufuhr- bzw. Speiseleitung für Strömungsmittel aufgenommen zu
werden, im Hinblick darauf, dieses Strömungsmittel im Inneren eines
geschlossenen Behälters
im Wesentlichen homogen zu verteilen.
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Die
Erfindung hat auch Anwendungen dieser Vorrichtung zum Gegenstand,
insbesondere zur Speisung eines chemischen Reaktionsbehälters mit
einer zu behandelnden Charge aus Strömungsmittel.
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Es
bestehen zahlreiche Arten von Behältern, die kontinuierlich mit
einem Strömungsmittel
gespeist werden, welches, je nach Verwendung, eine Flüssigkeit,
ein Gas oder ein Flüssiggas
sein kann, und welches einzeln oder als Gemisch verwendet wird.
Die US-A-3547354 beschreibt eine Verteilungsvorrichtung nach dem
Stand der Technik. Im Allgemeinen ist es erwünscht, das Strömungsmittel
in dem geschlossenen Behälter homogen
zu verteilen, d.h. im gesamten Querschnitt des Behälters in
gleicher Weise.
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Es
kann sich beispielsweise um einen chemischen Reaktionsbehälter handeln,
der mit einer zu behandelnden Charge gespeist wird, oder auch um
einen Wärmetauscher,
der mit einem flüssigen
oder gasförmigen Primär-Strömungsmittel
gespeist wird, von welchem Rohre umspült werden, in denen ein Sekundär-Strömungsmittel
zirkuliert.
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Diese
Behälter
weisen oft eine zylindrische Form auf und werden im Allgemeinen
von unten oder oben über
eine Leitung gespeist, die oft in unmittelbarer Nähe ihrer
Anschlussverbindung mit dem Behälter
eine Krümmung
aufweist. Es ist aber bekannt, dass das Vorhandensein einer derartigen
Krümmung
Schwankungen der Flussgeschwindigkeit des Strömungsmittels hervorruft und
so seine Verteilung in dem Behälter
merklich stört.
Ist dieser Behälter
beispielsweise ein chemischer Reaktionsbehälter, der ein festes Katalysatorbett
enthält,
so können
diese Störungen
physische Deformationen auf der Oberseite des Katalysatorbetts auf
Höhe der
Anordnung der Katalysatorkügelchen
hervorrufen, Wellen auf der Oberfläche des Bettes erzeugen oder auch
Bewegungen feiner Katalysatorpartikel begünstigen, was Nachteile für einen
optimalen Betrieb des Reaktionsbehälters darstellt.
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Es
ist daher vorteilhaft und sogar unabdingbar, das Strömungsmittel
am Behälterkopf,
insbesondere in einem Reaktionsbehälter, möglichst homogen zu verteilen,
um Betriebsstörungen
aufgrund von Umwälzungen
der Oberfläche
des Katalysatorbetts zu minimieren und folglich die Dauer des Betriebszyklus
zu verlängern.
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Als
Antwort auf diese Anforderungen wurden bereits verschiedene Arten
von Homogenisierungs- und Verteilungssystemen vorgeschlagen.
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So
wurde vorgeschlagen, eine Vor-Verteilungsvorrichtung im Inneren
der Zufuhr- bzw. Speiseleitung stromabwärts der Krümmung, die diese möglicherweise
aufweist, und stromaufwärts
der Mündungsöffnung, über die
sie in den zu speisenden Behälter
mündet, vorzusehen,
und bevorzugt eine zweite Verteilungsvorrichtung stromabwärts dieser
Mündungsöffnung.
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So
wurde vorgeschlagen, als Vor-Verteilungsvorrichtung für Einphasen-Strömungen eine
einfache Platte zu verwenden, die quer zur Zufuhr- bzw. Speiseleitung
angeordnet und mit Löchern
versehen ist, welche im Wesentlichen gleichmäßig auf ihrer gesamten Oberfläche verteilt
sind.
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Eine
derartige Lochplatte verbessert merklich die Homogenität der Verteilung
eines Strömungsmittels, beispielsweise
von Wasserdampf mit einer relativ hohen Flussgeschwindigkeit (mehr
als 5 m/s). Außerdem
erlaubt sie eine merkliche Abschwächung der Auswirkungen, die
auf das Vorhandensein einer Krümmung
in der Zufuhr- bzw. Speiseleitung stromaufwärts der Platte zurückzuführen sind.
Die Verwendung einer derartigen Platte im Fall einer Einphasen-Strömung erweist
sich zwar als sehr vorteilhaft, jedoch sind ihre Anwendungen auf
diese Art der Verwendung beschränkt.
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Es
wurde ebenfalls vorgeschlagen, am Ausgang der Mündungsöffnung zur Speisung des Behälters eine
statische Mischvorrichtung zu verwenden. Derartige Mischvorrichtungen
werden im Wesentlichen für
Laminar- oder Schichtströmungen,
insbesondere für
Gemische aus sehr zähflüssigen Strömungsmitteln,
oder Gemische oder Dispersionen aus Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlicher
Viskosität,
empfohlen, um eine spürbare
Verbesserung der Homogenität
der Mehrphasen-Gemische zu erzielen und insbesondere die Diskontinuitäten zwischen
Gasen und Flüssigkeiten
zu verringern.
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Diese
statischen Mischvorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass
sie eine bedeutende Einsatzhöhe
in dem Behälter
einnehmen, oft auf Kosten der Katalysatormasse.
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Unter
den häufig
stromabwärts
der vorstehend angeführten
Vor-Verteilungsvorrichtungen
verwendeten Verteilungssystemen sind folgende, insbesondere für die Verteilung
von Gasphasen, erwähnenswert:
- – Verteilungsvorrichtungen
mit einem Element in Form einer halbkugelförmigen Haube mit Löchern, deren konkave
Seite der Vor-Verteilungsvorrichtung
zugewandt ist, und deren Oberfläche Öffnungen
von unterschiedlicher Größe aufweist,
welche im Wesentlichen gleichmäßig verteilt
sind;
- – Verteilungsvorrichtungen
mit einem im Allgemeinen konischen Element, das stromabwärts der
Vor-Verteilungsvorrichtung vorgesehen ist; wobei das Ende mit geringerem
Durchmesser dieser zugewandt ist;
- – Diffusionsvorrichtungen,
welche mindestens zwei koaxiale Rohre aufweisen, die in der Zufuhr-
bzw. Speiseleitung ab dem zu speisenden Behälter befestigt sind, wobei
die Rohre mit erweiterten, beispielsweise konischen, Abschnitten
im Inneren des Behälters
verbunden sind.
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All
diese Verteilungsysteme, wie auch der größte Teil der auf dem Markt
erhältlichen,
wirken auf den Strömungsmittel-Fluss über Ablenkung
der Strömungsrichtung
ein und weisen eine annehmbare Wirksamkeit auf. Sie müssen jedoch
an jeden speziellen Fall angepasst werden, und ihre Ausführung hängt insbesondere und
sehr wesentlich von der Durchflussmenge zu verteilenden Strömungsmittels
ab, was ihre Herstellungskosten stark erhöht.
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Zusätzlich erlauben
alle diese Aggregate, die eine Vor-Verteilungsvorrichtung und eine
Verteilungsvorrichtung für
Strömungsmittel
aufweisen, keine gleichzeitige Erzielung von:
- – einer
minimalen Auftreffgeschwindigkeit des Strömungsmittels auf der Oberfläche des
Katalysatorbetts, im Bereich von beispielsweise 1 m/s oder weniger,
und dies, wenn der Chargendurchfluss zwischen ca. hundert Tonnen
pro Stunde und mehreren hundert Tonnen pro Stunde schwankt. Tatsächlich erlauben
diese geringen Geschwindigkeiten eine Minimierung der physischen
Störungen
der Oberfläche
des Katalysatorbetts aufgrund eines mehr oder weniger starken Auftreffens
von Strömungsmittel
darauf, und erlauben ebenfalls eine Verringerung der Erzeugung feiner
Katalysatorpartikel, welche durch die Rezirkulationsphänomene der
Charge in dem von der Oberfläche
des Katalysatorbetts und der oberen Innenwandung des Reaktionsbehälters begrenzten
Raum hervorgerufen wird;
- – einer
signifikanten Verkürzung
der Verweildauer der Charge in dem Reaktionsbehälter, welche eine Minimierung
der Bildung von Wellen an der Spitze des Katalysatorbetts erlauben
würde.
In der Tat ist bekannt, dass das Vorhandensein dieser Wellen eine
Erhöhung
des Verlusts an Charge des Reaktionsbehälters begünstigt, wodurch somit eine
Verringerung der Zykluszeit der Einheit hervorgerufen wird;
- – einer
signifikanten Erhöhung
des Chargendurchflusses ohne Verschlechterung der Qualität ihrer
Verteilung im Reaktionsbehälter,
und besonders auf seiner gesamten Querschnittsfläche, insbesondere auf der Oberfläche des
Katalysatorbetts; und schließlich
- – einer
Erhöhung
des Volumens des Katalysatorbetts durch Verringerung des Raumbedarfs
der Einheit aus Vor-Verteilungsvorrichtung und Verteilungsvorrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beseitigen,
indem sie eine Vorrichtung zur Verteilung eines Strömungsmittels
vorschlägt,
welche nicht zwei separate Einzelbauteile – Vor-Verteilungsvorrichtung
und Verteilungsvorrichtung – aufweist,
sondern aus einem kompakten, unabhängigen Monoblock-Aggregat aufgebaut
ist, das an die Bedürfnisse
zahlreicher Reaktionsbehälter
angepasst werden kann.
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Die
Erfindung zielt auch darauf ab, eine Verteilungsvorrichtung dieser
Art vorzuschlagen, welche ohne Modifikation für sehr un terschiedlich starke
Durchflussmengen an Strömungsmittel
verwendet werden kann.
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Die
Erfindung hat auch zum Ziel, eine derartige Vorrichtung vorzuschlagen,
welche eine homogene Verteilung des Strömungsmittels über die
gesamte Querfläche
des gespeisten Behälters
sicherstellt.
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Die
Erfindung hat schließlich
zum Ziel, eine derartige Vorrichtung vorzuschlagen, welche die Stärke der
Rezirkulationsphänomene
des Strömungsmittels
im Inneren des damit gespeisten Behälters beseitigt oder beträchtlich
verringert, wie auch eine signifikante Verkürzung der Verweildauer des
Strömungsmittels
in dem Behälter.
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Zu
diesem Zweck ist ein Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung für die homogene
Ver- und Aufteilung eines Strömungsmittels
in einem geschlossenen Behälter,
wobei diese Vorrichtung im Wesentlichen eine Diffusionkammer umfasst,
die bestimmungsgemäß wenigstens
teilweise im Inneren des Behälters
im Wesentlichen längs
der Strömungsmittel-Zufuhrleitung
in diesen Behälter
angeordnet ist und in dieser Zufuhr- bzw. Speiseleitung gehaltert
ist, vorzugsweise auf der Höhe
der Anschlussverbindung der Leitung mit dem Behälter, wobei die Diffusionskammer
auf der Gesamtheit ihrer Seitenwandungen Mittel zum Austritt des
Strömungsmittels
in Richtung des Querschnitts des zu füllenden Behälters aufweist, und wobei diese
Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Diffusionskammer
von einem Monoblockaggregat gebildet ist, das Folgendes umfasst:
- – eine
erste Lochplatte, die bestimmungsgemäß in Strömungsrichtung des Strömungsmittels
stromaufwärts angeordnet
ist und die Zufuhr des Strömungsmittels
in die Diffusionskammer gestattet,
- – eine
zweite, stromabwärts
angeordnete Lochplatte, die bestimmungsgemäß einen Teil des Strömungsmittels
in das Behälterinnere
austreten lässt,
wobei diese beiden Platten eine Form und Abmes sungen besitzen, die
im Wesentlichen mit denen des Querschnitts der sie aufnehmenden
Leitung übereinstimmen, und
mit Löchern
versehen sind, die im Wesentlichen gleichmäßig über ihre Oberfläche verteilt
sind,
- – gleichmäßig voneinander
beabstandete Seitenbänder,
die rechtwinklig zu den beiden Lochplatten angeordnet sind und diese
an ihrem Umfang direkt oder mittels eines Mantels miteinander verbinden,
- – wenigstens
einen von einem Kronenring gebildeten Einsatz, dessen Außendurchmesser
gleich dem Innendurchmesser der Kammer ist, wobei der Kronenring
rechtwinklig zur Achse der Zufuhr- bzw. Speiseleitung angeordnet
ist und von der bzw. den Seitenwandung(en) der Kammer, mit der bzw.
denen er fest verbunden ist, in das Innere der Kammer vorspringt,
zur Bildung eines lateralen Hindernisses für den Strömungsmittel-Fluss,
und
dadurch, dass die Oberfläche
des Einsatzes ausreichend ist, um in dem stromaufwärtigen Teil
der Kammer einen Druck zu erzeugen, der größer als der Druck in dem stromabwärtigen Teil
ist, um die Speisung des äußersten
Abschnitts des Behälterquerschnitts
mit dem Strömungsmittel
zu erhöhen.
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In
dem in der vorliegenden Erfindung gebrauchten Sinn umfasst der Begriff "Zufuhr- bzw. Speiseleitung" sowohl die Leitung
an sich, als auch die rohrförmige
Mündungsöffnung des
Behälters,
mit dem sie verbunden ist. Wenn nachfolgend in der vorliegenden
Beschreibung wie auch in den anliegenden Ansprüchen von einer aufnehmenden
oder die erfindungsgemäße Vorrichtung
aufnehmenden Leitung die Rede ist, kann dieser Begriff "Leitung" also die eine oder
die andere dieser Bedeutungen haben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist also ein Monoblockaggregat auf, das aus zwei Lochplatten gebildet
wird, die senkrecht zur Achse der Zufuhr- bzw. Speiseleitung angeordnet
sind und deren Querschnitt im Wesentlichen dem Innenquerschnitt
der sie aufnehmenden Leitung entspricht, wobei diese beiden Platten mit
Löchern
versehen sind, die im wesentlichen gleichmäßig über ihre Oberfläche verteilt
sind, und an ihrem Umfang durch Seitenbänder, die im rechten Winkel
zu ihnen verlaufen, fest miteinander verbunden sind, wobei diese
Bänder
gleichmäßig voneinander
beabstandet sind. Die stromaufwärts
angeordnete Lochplatte dient als Vor-Verteilungsvorrichtung für das Strömungsmittel,
während
die andere Lochplatte, die stromabwärts angeordnet ist, ein Mittel
für den
Austritt des Strömungsmittels
in Richtung des Querschnitts des zu speisenden Behälters darstellt.
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Die
beiden Lochplatten weisen bevorzugt einen unterschiedlichen Perforationsgrad
auf, wobei die Platte, die bestimmungsgemäß stromaufwärts in der sie aufnehmenden
Leitung angeordnet ist, eine größere Anzahl
von Löchern
und eine größere mit
Löchern
versehene Oberfläche
aufweist als die stromabwärts
vorgesehene Platte, welche als eigentliche Verteilungsvorrichtung
dient.
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Die
Löcher
der stromaufwärts
vorgesehenen Platte stellen zwischen 10 % und 50 %, und bevorzugt etwa
ein Drittel, der Oberfläche
dieser Platte dar, während
diejenigen der stromabwärts
vorgesehenen Platte zwischen 10 % und 50 %, und bevorzugt zwischen
5 % und 10 %, der Oberfläche
dieser letzteren Platte ausmachen.
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Form
und Abmessungen der Löcher
können
für die
beiden Platten je nach der gewünschten
Wirkung gleich oder unterschiedlich sein.
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Beispielsweise
können
die Löcher
kreisförmig
sein und einen Durchmesser zwischen 1,25 cm und 5 cm aufweisen.
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Der
ringförmige
Einsatz springt von den Seitenbändern
vor, mit denen er verbunden ist. Er weist eine Kronenform auf, jedoch
muss dieser Begriff nicht auf seinen gewöhnlichen geometrischen Sinn
beschränkt sein,
denn die zentrale Mündungsöffnung dieser
Krone kann bezüglich
der Achse der Diffusionskammer außermittig angeordnet sein, und sie kann eine Form
aufweisen, die nicht notwendigerweise kreisförmig ist. Diese Krone springt
ins Innere der Diffusionskammer vor, und zwar rechtwinklig zur Achse
der Zufuhr- bzw. Speiseleitung für
das Strömungsmittel,
und bildet so ein seitliches Hindernis für den Strömungsmittel-Fluss. Die Oberfläche der
Krone muss ausreichen, um im stromaufwärtigen Abschnitt der Vorrichtung
einen höheren Druck
zu erzeugen als den im stromabwärtigen
Abschnitt, um so die Speisung des äußersten Abschnitts des im Allgemeinen
zylinderförmigen
Behälterquerschnitts
zu verbessern.
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Der
ringförmige
Einsatz kann auf unterschiedlicher Höhe der Kammer vorgesehen sein,
um dem geometrischen Aufbau des geschlossenen Behälters Rechnung
zu tragen, insbesondere auf 25 % bis 75 % des Abstands, der die
erste Platte der Diffusionskammer von der zweiten Platte trennt,
und bevorzugt zwischen 50 % und 60 % dieses Abstandes. Die Oberfläche des
Einsatzes stellt zwischen 20 % und 80 %, und bevorzugt zwischen
40 % und 60 %, des Querschnitts der Diffusionskammer dar.
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Der
Anteil an Strömungsmittel,
der auf den ringförmigen
Einsatz trifft, wird durch diesen abgelenkt, wobei ein Teil durch
die Lücken,
die die Seitenbänder
der Diffusionskammer trennen, nach außen ausgestoßen wird,
während
ein anderer Teil ins Innere der Vorrichtung zurückgestoßen wird. So erhöht das Vorhandensein des
Einsatzes die Wirksamkeit der Vorrichtung beträchtlich, was die Homogenisierung
des in dem geschlossenen Behälter
verteilten Strömungsmittel-Flusses
betrifft. Außerdem
bietet er den Vorteil, dass er gegenüber Schwankungen der Durchflussmenge
sehr unempfindlich ist.
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Die
gesamte Oberfläche
des Einsatzes stellt zwischen 20 % und 80 des Querschnitts der Diffusionskammer
dar, und bevorzugt zwischen 40 % und 60 % dieses Querschnitts.
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Die
die Seitenbänder
der Vorrichtung trennenden Abstände
stellen zwischen 30 % und 70 %, und bevorzugt zwischen 40 % und
60 %, der Außenseitenfläche der
Vorrichtung dar.
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Bevorzugt
sind die Bänder
durch einen Mantel miteinander verbunden, welcher wiederum mit der Lochplatte
verbunden ist, welche bestimmungsgemäß stromaufwärts in der sie aufnehmenden
Leitung angeordnet ist, um die Homogenisierung des Flusses stromabwärts der
Vor-Verteilungsvorrichtung zu gestatten. Dieser Mantel erstreckt
sich bevorzugt über
eine Länge,
welche zwischen 10 % und 30 % der Höhe der Diffusionskammer darstellt.
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Die
erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung
kann einen Querschnitt beliebiger Form aufweisen, insbesondere einen
kreisförmigen
oder viereckigen, der an den Innenquerschnitt des Rohres angepasst
ist, welches sie bestimmungsgemäß aufnimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorrichtung wenigstens teilweise in der Zufuhr-
bzw. Speiseleitung des Behälters,
auf Höhe
der Anschlussverbindung dieser Leitung mit dem Behälter, angeordnet.
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Die
Vorrichtung wird bestimmungsgemäß in dem
sie aufnehmenden Rohr so angeordnet, dass sie an dessen Außenseite
ins Innere des geschlossenen Behälters
vorspringt, und zwar über
eine Strecke, die zwischen 60 % und 80 % ihrer Länge darstellt.
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Diese
Vorrichtung ist zur Speisung unterschiedlicher Behälter mit
Einphasen- oder Mehrphasen-Strömungsmitteln,
deren Durchflusswerte sich über
einen sehr großen
Bereich erstrecken können,
in zahlreichen Verwendungen einsetzbar. In der Technik bekannte
Berechnungsmittel erlauben eine Dimensionierung der Vorrichtung,
und insbesondere des Einsatzes, für eine Anpassung an den auszurüstenden
Reaktionsbehälter.
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Außerdem können die
Form des Einsatzes, seine Abmessungen und seine Einbaustelle in
der Diffusionskammer perfekt modeliert und dann durch in der Technik
bekannte Berechnungsmittel berechnet werden.
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Die
Vorrichtung hat sich als besonders vorteilhaft bei der Speisung
eines ein festes Katalysatorbett enthaltenden Reaktionsbehälters mit
einer zu behandelnden Charge, insbesondere einer Charge aus Kohlenwasserstoffen,
erwiesen.
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Diese
Anwendung der Vorrichtung, die nachstehend noch ausführlicher
beschrieben wird, stellt einen weiteren Gegenstand der vorliegenden
Erfindung dar.
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Die
Erfindung wird nachstehend in dieser Ameldung ausführlicher
mit Bezug auf die anliegenden Schemazeichnungen beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
teilweise Aufrissansicht eines Reaktionsbehälters mit festem Katalysatorbett
für die
Wasserstoffbehandlung von Kohlenwasserstoffen;
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2 eine
Detailansicht in gröberem
Maßstab,
welche die Anschlussverbindung der Zufuhr- bzw. Speiseleitung zu
diesem Reaktionsbehälter
darstellt;
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3 eine
Perspektivansicht der Vorrichtung zur Verteilung der in dem Reaktionsbehälter verwendeten
Charge; und
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4 eine
andere teilweise Perspektivansicht der Vorrichtung aus 3,
welche das Innere der Vorrichtung darstellt.
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Der
in 1 dargestellte Reaktionsbehälter 1 ist ein Reaktionsbehälter zur
Wasserstoffbehandlung von Kraftstoffen, in welchem sich ein festes
Katalysatorbett befindet. Reaktionsbehälter dieser Art sind in der Technik
allgemein bekannt, und der Reaktionsbehälter 1 wird daher
nicht mehr ausführlich
beschrieben.
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Die
Speisung des Reaktionsbehälters 1 mit
Kraftstoffen in der Gasphase erfolgt an seinem oberen Abschnitt über eine
nicht dar gestellte Leitung, welche über eine Krümmung 2 mit dem Reaktionsbehälter 1 verbunden
ist.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass die Krümmung 2 einen
Flansch 3 aufweist, welcher auf einem am Eingang einer
rohrförmigen
Mündungsöffnung 5 des
Reaktionsbehälters
vorgesehenen Flansch 4 befestigt ist.
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Diese
rohrförmige
Mündungsöffnung nimmt
bestimmungsgemäß die erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung 6 auf,
die wiederum mit Hilfe eines beliebigen in der Technik bekannten
Mittels mit der rohrförmigen Mündungsöffnung verbunden
ist.
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Wie
in 3 und 4 dargestellt, weist diese Vorrichtung 6 Folgendes
auf:
- – eine
erste Lochplatte 7 aus Metall, welche am stromaufwärtigen Ende
der Vorrichtung in Strömungsrichtung
der Kraftstoffdämpfe
bereitgestellt ist, und welche als Vor-Verteilungsvorrichtung dient;
- – eine
zweite Lochplatte 8 aus Metall, welche zur vorhergehenden
parallel ist und am stromabwärtigen Ende
der Vorrichtung bereitgestellt ist, und welche als eigentliche Verteilungsvorrichtung
dient;
- – Metallbänder 9,
hier zehn Stück,
welche eine Länge
von 45 cm und eine Breite von 8,08 cm aufweisen, und welche den
Rand der Platten 7 und 8, zu denen sie senkrecht
verlaufen, verbinden, wobei die Bänder 9 voneinander
gleichmäßig beabstandet
und durch Abstände 10 mit
einer Breite von 5,38 cm getrennt sind;
- – einen
Metallmantel 11, welcher dem Umfang der Platte 7 benachbart
ist und die Bänder 9 untereinander verbindet;
- – einen
ringförmigen
Metalleinsatz 12 in Form einer flachen Krone, welcher mit
den Bändern 9 verbunden ist
und von der Innen fläche
dieser Bänder
parallel zu den Platten 7 und 8 ins Innere der
Vorrichtung vorspringt.
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Wie
vorstehend angegeben, sind die Löcher 13 der
stromaufwärtigen
Platte 7 zahlreicher als die Löcher 14 in der Platte 8 und
nehmen einen größeren Raum
ein (hier in etwa 32 % der Platte 7) als der durch die Löcher 14 eingenommene
Teil der Platte 8 (hier ca. 7 %).
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Die
Formen und Abmessungen der Löcher 13 und 14,
wie auch die Art ihrer Aufteilung auf die Oberfläche der Platten 7 und 8 können absolut
beliebig sein und werden entsprechend der gewünschten Wirkung gewählt, wobei
es jedoch bevorzugt ist, die Löcher
einer Platte anstatt auf konzentrischen Kreisen entlang paralleler
gekreuzter Geraden anzuordnen.
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Die
Vorrichtung 6 wird in der rohrförmigen Mündungsöffnung 5 des Reaktionsbehälters 1 angebracht und
weist daher einen Außenquerschnitt
der gleichen Form (hier kreisförmig)
und der gleichen Abmessungen (hier einen Durchmesser von 42,86 cm)
wie der Innendurchmesser der Mündungsöffnung 5 auf.
Der Mantel 11 liegt an der Innenfläche der Mündungsöffnung an, deren Aufgabe es
ist, die Homogenisierung des Flusses zu erlauben.
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Die
Abstände 10,
welche die Bänder 9 (hier
zehn an der Zahl) trennen, nehmen ca. 40 % der zwischen dem unteren
Ende des Mantels 11 und der Platte 8 eingeschlossenen
Fläche
ein.
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Die
Bänder 9 können möglicherweise
durch einfache Sprossen ersetzt werden, vorausgesetzt, dass der
Gesamttyp der Vorrichtung, also die Form eines "Vogelkäfigs", erhalten bleibt.
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Wie
vorstehend angeführt,
spielt der kronenförmige
Einsatz 12 eine wesentliche Rolle in der Vorrichtung, da
er ein Hindernis für
den freien, bereits durch den Durchtritt durch die Löcher 13 der
Platte 7 vor-homogenisierten Fluss darstellt, und so eine
Ablenkung des Teils des Flusses, der auf den Einsatz auftrifft, entweder
in Richtung der Außenseite
der Vorrichtung, durch die Abstände 10,
welche die Bänder 9 voneinander trennen,
oder aber ins Innere der Vorrichtung bewirkt.
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In
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform stellt die Oberfläche des
Einsatzes ca. 50 % des Querschnitts der Vorrichtung dar, und er
ist in einem Abstand von der Platte 8 angebracht, welcher
60 % der Länge
der Bänder 9 darstellt.
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In
dieser Anwendung besteht das Strömungsmittel
aus Kraftstoffdämpfen,
doch die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann ebensogut zur im Wesentlichen homogenen Verteilung von Flüssigkeiten
oder Flüssiggasen
verwendet werden, und dies umso mehr, als in der vorliegenden Anwendung
die Kraftstoffdämpfe
als ein nicht komprimierbares Gas bildend angenommen werden.
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Das
folgende Beispiel veranschaulicht die Vorteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in dieser Anwendung.
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BEISPIEL
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In
diesem Beispiel ist der Reaktionsbehälter zur Wasserstoffbehandlung
von Kraftstoffen ein zylindrischer Reaktionsbehälter mit folgenden Abmessungen:
- – Innendurchmesser
= 3 m,
- – Höhe des Reaktionsbehälters =
11 m.
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Er
enthält
ein festes Katalysatorbett, dessen hauptsächliche geometrische Eigenschaften
folgende sind:
- – Höhe = 3,75 m
- – Abstand
der Oberfläche
des Katalysatorbetts von der Verteilungsvorrichtung = 0,6 m.
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Der
für die
Wasserstoffbehandlung verwendete Wasserstoff wird stromabwärts des
Reaktionsbehälters
zugeführt.
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Die
Speisung des Reaktionsbehälters
mit Kraftstoffdämpfen
erfolgt unter folgenden Bedingungen:
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In
den für
jeden angegebenen Durchfluss durchgeführten Versuchen wurden folgende
Verteilungsmittel verwendet:
- – eine einfache
Lochplatte wie die Platte 7 der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung, welche am Ausgang der rohrförmigen Mündungsöffnung 5 angebracht
war;
- – die
vorstehend beschriebene Ausführungsform
der Vorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist,
jedoch ohne den kronenförmigen
Einsatz 12;
- – die
selbe Vorrichtung mit dem Einsatz 12.
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Im
Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
ob mit oder ohne Einsatz, ist diese in der rohrförmigen Mündungsöffnung 5 entlang einer
Länge angebracht,
welche 40 % der Höhe
der Vorrichtung darstellt, und sie springt daher außerhalb
der Mündungsöffnung ins
Innere des Reaktionsbehälters
vor.
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Die
maximale Flussgeschwindigkeit der Dämpfe an der Oberfläche des
Bettes wurde für
jede der Vorrichtungen gemessen, und die erhaltenen Ergebnisse sind
in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt.
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Tabelle
1 Maximale
Auftreffgeschwindigkeit der Dämpfe
auf der Oberfläche
des Katalysatorbetts
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Die
Tabelle zeigt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine beträchtliche
Begrenzung der Störungen
aufgrund des Auftreffens der Kraftstoffdämpfe auf der Oberfläche des
Katalysatorbetts erlaubt, da die Auftreffgeschwindgkeiten sehr deutlich
begrenzt sind, insbesondere, wenn die Vorrichtung einen Einsatz
aufweist, und dies nicht nur bei einem Standarddurchfluss der Speisung,
sondern auch bei wesentlich höheren
Durchflussmengen.
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Dies
erlaubt außerdem
eine merkliche Reduzierung des Ausmaßes an Rezirkulation am Behälterkopf. Der
Grund dafür
ist die Tatsache, dass der Strömungsmittel-Fluss
stufenförmig
verläuft,
wobei die Strömung sich
an unterschiedlichen Stellen "bricht":
- – durch
die stromaufwärtige
Platte 7, die als Vor-Verteilungsvorrichtung dient;
- – auf
Höhe des
ringförmigen
Einsatzes 12, wo der Fluss in zwei geteilt wird;
- – durch
die stromabwärtige
Platte 8, wo der Fluss erneut homogenisiert wird.
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Daraus
resultieren folgende Vorteile, die für die vorliegende Anwendung
besonders nennenswert sind:
- – eine geringere
Mitführung
von feinen Katalysatorpartikeln, bei gleichzeitiger Verringerung
der Wellenbildung;
- – die
Möglichkeit
eines höheren
Katalysatorbetts, wobei diese Zunahme bis zu 10 % des Katalysatorvolumens
erreichen kann, und eine günstigere
Zyklusdauer, insbesondere aufgrund der größeren Katalysatormasse, zur
Folge hat;
- – die
Möglichkeit
einer höheren
Durchflussmenge an behandelter Charge, ohne die Qualität der Verteilung dieser
Charge zu verschlechtern;
- – eine
Verkürzung
der Verweildauer der Charge in dem Reaktionsbehälter.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung
sind durch diese Versuche also klar nachgewiesen.
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Zusätzlich zu
einer Verwendung in Reaktionsbehältern
zur Wasserstoffbehandlung in der Rohölindustrie kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
in anderen, unterschiedlichen Behältertypen eingesetzt werden, und
insbesondere bei einem Wärmetauscher.
