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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Stoffaustauschkolonnen
und insbesondere Flüssigkeitsverteiler,
die in derartigen Kolonnen verwendet werden, sowie Verfahren zur
Verteilung von Flüssigkeit
unter Verwendung der Flüssigkeitsverteiler.
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Eine
ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung kann
in Packungsabschnitten von Stoffaustauschkolonnen zu einem unzureichenden
Kontakt und Stoffaustausch zwischen aufsteigenden Dampfströmen und
absteigenden Flüssigkeitsströmen führen. In derartigen
Kolonnen werden im Allgemeinen wannenartige Flüssigkeitsverteiler dazu verwendet,
um Flüssigkeit
aus einem darüber
liegenden Bereich aufzunehmen und diese in einer gleichförmigen Weise zu
dem darunter liegenden Packungsbett zu verteilen. Diese Flüssigkeitsverteiler
können
an der Oberseite und an der Unterseite offen und mit vermindertem
Abstand zwischen den unteren Seitenwänden gestaltet sein, so dass
die Flüssigkeit
zu einer wand- oder folienartigen Strömung kanalisiert wird, wenn sie
den Verteiler verlässt.
Durch einen Flüssigkeitsverteiler
nach Art eines Tropfrohrs zugeführte
Flüssigkeit
breitet sich auf der Oberfläche
der strukturierten Packung aus und sinkt entlang der Plattenrillen, die
in lediglich einer Richtung verlaufen. Die darunter liegende Packungsschicht
ist um 90° verdreht
und verteilt die Flüssigkeit
in die andere Richtung, wodurch eine vollständige Benetzung der Packungsoberfläche erreicht
wird. Bei einer anderen Verteilerart, wie sie in der US-Patentschrift
4 816 191 von Berven et al. beschrieben ist, ist die Unterseite
des Verteilers geschlossen, während Überlauflöcher in vorausgewählten Höhenlagen
in den Seitenwänden des
Verteilers vorgesehen sind. Die aus den Überlauflöchern austretende Flüssigkeit
trifft auf Ablenkplatten auf, die von den Verteilerseitenwänden im
Abstand angeordnet sind. Die Flüssigkeit
fließt
dann die Ablenkplatten hinunter und tropft von einer unteren Abtropfkante
längs einer
Abtropflinie auf das Packungsbett ab, wodurch lediglich eine einzige
Schicht der strukturierten Packung erforderlich ist, um die Flüssigkeit
in beiden Richtungen über
der Packung zu verteilen.
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Ein
mit herkömmlichen
Flüssigkeitsverteilern verbundenes
Problem besteht darin, dass die sinkende Flüssigkeit in dem aufsteigenden
Dampfstrom mitgerissen werden kann. In Flüssigkeitsverteilern der in der
US-Patentschrift 4 816 191 beschriebenen Art kann ein Mitreißen von
dem Dampf herrühren,
der in dem Zwischenraum zwischen den Ablenkplatten und den Verteilerseitenwänden nach
oben strömt.
Darüber
hinaus wird die Flüssigkeit
zwischen den beiden Ablenkplatten gleichmäßig aufgeteilt, wodurch eine Möglichkeit
zum Mitreißen
geschaffen wird, da Dampf längs
der Innenseite beider Ablenkplatten aufsteigt. Bei anderen Flüssigkeitsverteilern,
wie sie beispielsweise in der
EP 0 282 753 B1 veranschaulicht sind, wird
eine von der Ablenkplatte beabstandete zweite Platte dazu verwendet,
die Flüssigkeit
abzuschirmen, wenn diese gegen die Ablenkplatte prallt und längs dieser
nach unten abläuft.
Weil die untere Kante der Ablenkplatte oberhalb der oberen Fläche des
darunter liegenden Stoffaustauschbettes im Abstand angeordnet ist,
besteht weiterhin die Gefahr eines Mitreißens von Flüssigkeit, da die Flüssigkeit
in dem Zwischenraum zwischen der unteren Kante der Ablenkplatte
und der oberen Fläche
des Stoffaustauschbettes nach unten fällt. Außerdem ist der Zwischenraum
zwischen dem oberen Ende der Ablenkplatte und der Verteilerseitenwand
durch einen Flansch verschlossen, der die Ablenkplatte mit der Verteilerseitenwand
verbindet. Dieser Flansch verhindert es, jeden Dampf, der in den
Zwischenraum zwischen der Ablenkplatte und der zweiten Platte eingedrungen
ist, nach oben zu entlassen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Flüssigkeitsverteiler
zur Verwendung in einer Stoffaustauschkolonne mit einem Stoffaustauschbett,
das in einem offenen Innenbereich innerhalb der Kolonne angeordnet
ist. Der Flüssigkeitsverteiler
dient dazu, einen sinkenden Flüssigkeitsstrom
zur Wechselwirkung mit einem aufsteigendem Dampfstrom über dem
Stoffaustauschbett gleichmäßig zu verteilen.
Der Flüssigkeitsverteiler
weist einen oder mehrere optionale Speisekasten auf, der bzw. die
die Flüssigkeitsströmung wenigstens
einer und vorzugsweise mehreren darunter liegenden länglichen
Wannen zuführt
bzw. zuführen,
die sich in einer zueinander parallelen Anordnung quer durch die
Kolonne erstrecken. Die Wannen sind voneinander beabstandet, um
einem Dampf zu ermöglichen,
in dem Zwischenraum zwischen benachbarten Wannen nach oben zu strömen. Jede
Wanne weist eine erste und eine zweite Seitenwand auf, die voneinander
beabstandet angeordnet und durch einen Boden miteinander verbunden
sind. Mehrere Flüssigkeitsaustrittslöcher sind
in wenigstens der ersten Seitenwand und vorzugsweise in den beiden
Seitenwänden
mit einem Versatz zueinander angeordnet. Der Flüssigkeitsverteiler enthält ferner
eine erste sowie eine zweite Ablenkwand, die untere Abschnitte aufweisen,
die in einer Ebene unterhalb der Wanne eine verengte Austrittsöffnung bilden.
Wenigstens die erste Ablenkwand weist ein oberes Segment auf, das
von der ersten Seitenwand nach außen beabstandet angeordnet ist
und sich über
eine ausreichende Strecke hinweg in Bezug auf die Flüssigkeitsaustrittslöcher nach oben
erstreckt, so dass aus den Flüssigkeitsaustrittslöchern austretende
Flüssigkeit
gegen eine Innenfläche
der Ablenkwand prallt und längs
dieser nach unten abläuft.
Die zweite Ablenkwand kann ebenfalls ein ähnliches oder identisches oberes
Segment haben, das von der zweiten Seitenwand der Wanne beabstandet
angeordnet ist. Wenigstens die erste Ablenkwand ist und vorzugsweise
beide Ablenkwände sind
in vertikaler Richtung in Bezug auf die Wanne verstellbar angeordnet,
so dass sie auf die obere Fläche
des Stoffaustauschbettes abgesenkt werden können. Auf diese Weise wird
die Flüssigkeit
von dem verengten Auslass der Wanne unmittelbar auf die obere Fläche des
Stoffaustauschbettes geliefert, ohne durch einen Dampfstrom hindurch
strömen
zu müssen,
der ein Mitreißen
eines Teils der Flüssigkeitsströmung verursachen
könnte.
In einer Ausführungsform
enthält
der Flüssigkeitsverteiler
eine gezackte oder gezahnte Abtropfkante, die von dem Auslass nach
unten ragt, um wenigstens einen Teil der Flüssigkeit in das Stoffaustauschbett
hinein zu leiten anstatt diese lediglich auf dessen Oberfläche zuzuführen. Ein
weiterer Vorteil des Flüssigkeitsverteilers
besteht darin, dass der verengte Auslass einen nach oben gerichteten
Dampfeintritt durch den Auslass verhindert oder erschwert, wo dieser
die gewünschte
abwärts
gerichtete Flüssigkeitsströmung störend beeinflussen
könnte.
Das Versatzmuster zwischen den Flüssigkeitsaustrittslöchern in
den Wannenseitenwänden
lässt eine
gleichmäßigere Verteilung
der Flüssigkeit über dem
Auslass zu, wodurch die Möglichkeit
für der
Dampf, in den Auslass einzudringen, weiter reduziert wird. Jeder
Dampf, der in den Auslass eindringt, kann durch einen wesentlich größeren Dampfauslass,
der in dem oberen Zwischenraum zwischen den Ablenkwänden und
der Wanne ausgebildet ist, mit einer wesentlich niedrigeren Dampfströmungsgeschwindigkeit
nach oben strömen,
wodurch die Möglichkeit,
dass längs
der Ablenkwand ablaufende Flüssigkeit
in dem aufsteigendem Dampf mitgerissen wird, auf ein Minimum reduziert
wird. Flüssigkeit,
die die Wanne durch die Überlauflöcher verlässt oder
einfach über
die Oberseite der Wannenseitenwände überläuft, ist
in der Lage, in diesen offenen Zwischenraum einzutreten, und wird durch
die Ablenkwände
aufgenommen, um längs
der Innenseiten der Ablenkwände
nach unten zu strömen.
Das Stoffaustauschbett kann ungeordnete, gitterartige und/oder strukturiere
Packungselemente aufweisen, enthält
jedoch vorzugsweise eine strukturierte Packung.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verteilung
von Flüssigkeit auf
ein Stoffaustauschbett unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
Flüssigkeitsverteilers,
um ein Eindringen von Dampf nach oben durch den verengten Auslass,
der zwischen den Ablenkwänden ausgebildet
ist, zu verhindern oder zu erschweren. Eine Zuführung der Flüssigkeit
unmittelbar auf die obere Fläche
des Stoffaustauschbettes bei gleichzeitiger Abschirmung der Flüssigkeit
von dem Dampfstrom vermindert ferner die Möglichkeit eines Mitreißens der
Flüssigkeit
in dem aufsteigendem Dampfstrom. Zu dem Verfahren gehört, dass
einem Dampf, der in den Auslass eindringt, ermöglicht wird, aus dem Bereich
zwischen den Ablenkwänden
und der Wanne mit einer wesentlich niedrigeren Dampfströmungsgeschwindigkeit
nach oben zu entweichen, um ein Mitreißen von Flüssigkeit von der Ablenkwand auf
ein Minimum zu reduzieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Einbau
des Flüssigkeitsverteilers
in ei ner Kolonne durch Einbau der Wannen und anschließendes Verstellen
der Ablenkwände
nach unten, so dass diese auf der oberen Fläche des darunter liegenden
Stoffaustauschbettes gehaltert sind, wodurch alle Lücken zwischen
den unteren Kanten der Ablenkwände
und dem Stoffaustauschbett, die zu einem Flüssigkeitsmitreißen in dem
Dampfstrom führen
können,
beseitigt oder verkleinert werden. Die verstellbare Art der Ablenkwände ist
insbesondere in denjenigen Fällen
hilfreich, wenn die Wannen und die obere Fläche des Stoffaustauschbettes
nicht zueinander parallel verlaufen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den beigefügten
Zeichnungen, die Teil der Beschreibung bilden und in Verbindung
mit dieser zu betrachten sind und in denen gleiche Bezugszeichen dazu
verwendet werden, gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten zu
bezeichnen, zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer Stoffaustauschkolonne mit Blick von der
Seite, wobei Abschnitte eines Mantels der Kolonne aufgebrochen dargestellt
sind, um ein inneres Stoffaustauschbett und einen gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten Flüssigkeitsverteiler
zu veranschaulichen;
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2 eine
vergrößerte Perspektivansicht des
in 1 dargestellten Flüssigkeitsverteilers;
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3 eine
ausschnittsweise Draufsicht auf den Flüssigkeitsverteiler mit Blick
von oben;
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4 eine
vergrößerte Seitenansicht
eines Abschnitts des Flüssigkeitsverteilers
mit doppelter Ablenkwand, geschnitten längs der Linie 4-4 nach 3 in
Richtung der Pfeile;
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5 eine
ausschnittsweise Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteilers
mit doppelter Ablenkwand, mit Blick auf ein Ende, wobei an einer Ablenkwand
ein Flüssigkeitsströmungsmuster
auf schematisierte Weise veranschaulicht ist;
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6 eine
ausschnittsweise Perspektivdarstellung einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteilers
mit einer einzelnen Ablenkwand, mit Blick auf ein Ende; und
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7 eine
ausschnittsweise Seitendarstellung des in 4 veranschaulichten
Flüssigkeitsverteilers,
wobei Abschnitte aufgebrochen dargestellt sind, um die Positionierung
von Flüssigkeitsaustrittslöchern in
einer Seitenwand einer Wanne, die Teil des Flüssigkeitsverteilers bildet,
zu veranschaulichen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird nun in größerer Einzelheit
auf die Zeichnungen und anfänglich
auf 1 Bezug genommen, in der eine Stoffaustausch-
oder Wärmeübertragungskolonne
allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und einen
aufrecht gerichteten zylindrischen Mantel 12 enthält, der
einen offenen Innenbereich 14 bildet, in dem ein oder mehrere
Flüssigkeitsverteiler 16 gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie ein oder mehrere Stoffaustauschbetten 18 angeordnet
sind. Der Flüssigkeitsverteiler 16 wird dazu
verwendet, eine oder mehrere absteigende Flüssigkeitsströme über dem
horizontalen Querschnitt des Stoffaustauschbettes 18 gleichmäßiger zu
verteilen, was wiederum ein In-Kontakt-Treten des absteigenden Flüssigkeitsstroms
mit einem oder mehreren aufsteigenden Dampfströmen erleichtert. Das Stoffaustauschbett 18 enthält verschiedene
bekannte Stoffaustauschvorrichtungen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, der
herkömmlich
als strukturierte, Gitter- oder ungeordnete Packung bekannten Vorrichtungen.
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Die
Kolonne 10 ist von einer Bauart, die zur Verarbeitung von
Flüssigkeits-
und Dampfströmen verwendet
wird, wozu auch die Gewinnung von Fraktionsprodukten gehört. Obwohl
die Kolonne 10 in einer zylindrischen Konfiguration veranschaulicht
ist, können
auch andere Formen, einschließlich
polygonaler Formen, verwendet werden. Die Kolonne 10 weist
einen angemessenen Durchmesser und eine angemessene Höhe auf und
ist aus geeignet steifen Materialien gebildet, die vorzugsweise
in Bezug auf die in der Kolonne 10 vorhandenen Fluide und
Bedingungen inert oder auf sonstige Weise mit diesen vereinbar sind.
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Flüssigkeitsströme 20 werden
zu der Kolonne 10 durch Speiseleitungen 22 und 23 geleitet,
die an geeigneten Stellen längs
der Höhenerstreckung der
Kolonne 10 angeordnet sind. Die Speiseleitung 22 trägt normalerweise
lediglich Flüssigkeit,
während die
Speiseleitung 23 gemeinsam mit der Flüssigkeit oder anstelle der
Flüssigkeit
Dampf tragen kann. Obwohl in den Zeichnungen zur Vereinfachung der
Veranschaulichung lediglich zwei Flüssigkeitsspeiseleitungen 22 und 23 dargestellt
sind, ist es für
einen Fachkundigen ohne weiteres verständlich, dass bedarfsweise zusätzliche
Flüssigkeitsspeiseleitungen verwendet
werden können,
die weitere Flüssigkeitsströme führen. In ähnlicher
Weise ist lediglich eine Dampfspeiseleitung 24 veranschaulicht,
die eine Dampfströmung 26 führt, obwohl
zusätzliche
Dampfspeiseleitungen und Dampfströme enthalten sein können, falls
dies für
den Dampf- und Flüssigkeitsprozess,
der innerhalb der Kolonne 10 stattfindet, erforderlich
oder erwünscht
ist. Es ist auch ohne weiteres erkennbar, dass der Dampfstrom 26 auch
innerhalb der Kolonne 10 erzeugt werden kann, anstatt in die
Kolonne 10 durch die Speiseleitung 24 eingeführt zu werden.
Die Kolonne 10 enthält
ferner eine obere Steigleitung 28, um ein Dampfprodukt
oder -nebenprodukt 30 abzuführen, sowie eine Bodenstromabzugsleitung 32,
um ein Flüssigkeitsprodukt
oder -nebenprodukt 33 aus der Säule 10 abzuführen. Weitere Komponenten
der Kolonne, wie beispielsweise Rücklaufleitungen, Aufkocher,
Kondensationsapparate, Dampfhörner
oder dergleichen, sind nicht veranschaulicht, weil sie von herkömmlicher
Art sind und nicht angenommen wird, dass sie zum Verständnis der
vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
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Indem
nun zusätzlich
auf die 2 und 3 Bezug
genommen wird, enthält
der Flüssigkeitsverteiler 16,
wie er gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, vorzugsweise einen länglichen zentralen Speisebehälter oder
Speisekasten 34, der Flüssigkeit
von einem Flüssigkeitsstrom
aufnimmt, beispielsweise von der Flüssigkeitsströmung 20,
die durch die Flüssigkeitsspeiseleitung 22 dem
offenen Innenbereich 14 der Kolonne 10 zugeführt worden ist.
Es ist erkennbar, dass der Speisekasten 34 die Flüssigkeit
nicht unmittelbar von dem Ausfluss der Flüssigkeitsspeiseleitung 22 entgegennehmen
muss, sondern die Flüssigkeit
statt dessen zunächst einem oder
mehreren Verarbeitungsschritten unterworfen und anschließend durch
einen (nicht veranschaulichten) Sammler gesammelt werden kann, um
dem Speisekasten 34 zugeführt zu werden. Der Speisekasten 34 erstreckt
sich vorzugsweise horizontal in einer ersten Richtung und weist
eine Länge
auf, die dem Durchmesser der Kolonne 10 oder wenigstens einem
wesentlichen Teil desselben entspricht.
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Der
Speisekasten 34 weist gegenüberliegende Seitenwände 36 und 38,
die durch einen Boden 40 miteinander verbunden sind, einen
Deckel 42 sowie Stirnwände 44 und 46 auf.
Es ist ohne weiteres zu erkennen, dass der Deckel 42 optional
ist und in den meisten Anwendungen nicht vorhanden sein muss. Mehrere
Löcher 48 sind
in dem Boden 40 und/oder den Seitenwänden 36 und 38 des
Speisekastens 34 vorgesehen, um Flüssigkeit zu mehreren länglichen Wannen 50 zu
leiten, die sich unter dem Speisekasten 34 befinden. Die
Wannen 50 sind Seite an Seite und im Abstand zueinander
platziert und erstrecken sich vorzugsweise parallel zueinander in
einer Längsrichtung,
die senkrecht zu der Längsrichtung des
Speisekastens 34 ausgerichtet ist. Die Wannen 50 verlaufen
vorzugsweise vollständig
quer durch die Kolonne 10 und sind an ihren Enden durch
einen darüber
befindlichen Ring 52 gehaltert, der an der Innenfläche des
Mantels 12 angeschweißt
ist. Es können andere
Mittel zur Halterung verwendet werden, wie beispielsweise dazwischen
angeordnete Tragebalken 53, die oberhalb der Wannen 50 angeordnet sind,
durch Befestigung der Wannen 50 an dem Speisekasten 34 und
durch ein (nicht veranschaulichtes) Verteilerhaltegitter, das unmittelbar
auf dem Stoffaustauschbett 18 platziert wird. Die Anzahl
an Wannen 50 und der Abstand zwischen diesen können variiert werden,
um den speziellen Flüssigkeits-
und Dampflastanforderungen der jeweils vorgesehenen Anwendungen zu
genügen.
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Indem
zusätzlich 4 und 7 betrachtet werden,
enthält
jede Wanne 50 ein paar voneinander beabstandeter und in
Längsrichtung
verlaufender Seitenwände 54 und 56,
die an ihren unteren Kanten durch einen Boden 58 miteinander
verbunden sind. Die besonder Gestalt des Bodens 58 kann
wunschgemäß verändert werden.
Beispielsweise kann der Boden 58 eine oder mehrere geneigte
Segmente, einschließlich
der beiden winkeligen Segmente, enthalten, die ein V-förmiges Profil
ergeben, wie in 4 veranschaulicht. In alternativer
Weise kann der Boden 58 eben gestaltet und senkrecht zu
den Ebenen der Seitenwände 54 und 56 ausgerichtet
sein, wie in den 5 und 6 veranschaulicht.
Die Enden der Wanne 50 sind vorzugsweise durch Stirnwände 59 verschlossen,
die mit den Seitenwänden 54 und 56 sowie
dem Boden 58 verbunden sind. Die Oberseite der Wanne 50 ist
vorzugsweise offen gestaltet, kann jedoch teilweise oder vollständig abgedeckt
sein, solange eine geeignete Vorkehrung getroffen ist, um einen
Flüssigkeitseintritt
in die Wannen 50 aus dem Speisekasten 34 zu ermöglichen.
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Die
Wannen 50 enthalten jeweils mehrere voneinander beabstandete
Flüssigkeitsaustrittslöcher 60,
die in dem Boden 58 und/oder in den Seitenwänden 54 und 56 angeordnet
sind. Die Austrittslöcher 60 sind
vorzugsweise in einem im Voraus gewählten Abstand oberhalb des
Bodens 58 oder dessen untersten Abschnitts positioniert,
so dass sich Flüssigkeit
erst in der Wanne 50 ansammeln muss, bevor sie durch die
Austrittslöcher 60 ausfließt. Durch eine
derartige höhere
Anordnung der Austrittslöcher 60 haben
in dem Flüssigkeitsstrom
enthaltene Festkörper
die Möglichkeit,
sich auf dem Boden der Wanne 50 abzusetzen, so dass sie
die Austritts löcher 60 oder
andere stromabwärts
angeordnete Öffnungen nicht
verstopfen. Die Austrittslöcher 60 sind
entlang der Längserstreckung
der Wannen 50 gleichmäßig voneinander
beabstandet und vorzugsweise derart angeordnet, dass die Austrittslöcher 60 in
einer Seitenwand 54 gegenüber den Austrittslöchern 60 in
der anderen Seitenwand 56 versetzt liegen. Alternativ können die
Austrittslöcher 60 in
den Seitenwänden 54 und 56 fluchtend
zueinander ausgerichtet oder gemäß einem
anderen Muster angeordnet sein. Die Austrittslöcher 60 sind vorzugsweise
in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet, können jedoch
in zwei oder mehreren horizontalen Ebenen gruppiert sein, falls
dies erwünscht
ist. Die Austrittslöcher 60 haben
normalerweise eine kreisrunde Gestalt und jeweils die gleiche Größe, können jedoch andere
Gestalten und unterschiedliche Größen aufweisen.
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Die
Wannen 50 können
ferner eine Reihe von Überlauflöchern 62 enthalten,
die in der Nähe
der Oberseite der Seitenwände 54 und 56 positioniert sind.
Die Überlauflöcher 62 sind
vorzugsweise dreieckig in Gestalt, wobei die Basis der dreieckigen Öffnung oberhalb
der Spitze der Öffnung
angeordnet ist. Die Überlauföffnungen 62 sind
größer als
die Austrittslöcher 60 und
führen
normalerweise Flüssigkeit nur
dann ab, wenn die Flüssigkeitszuflussrate
zu der Wanne 50 größer ist
als die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit durch die Austrittslöcher 60 abgeführt werden
kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält jede
Wanne 50 in dem Flüssigkeitsverteiler 16 ein Paar
Ablenkwände 64 und 66,
die normalerweise auf voneinander wegweisenden Seiten der Wanne 50 angeordnet
sind. In der bevorzugten Ausführungsform
enthalten die Ablenkwände 64 und 66 jeweils ein
erstes oder oberes Segment 68, das sich in Längsrichtung längs des
gesamten oder wenigstens eines beträchtlichen Abschnitts der Längserstreckung
der zugehörigen
Seitenwand 54 oder 56 erstreckt und von dieser
in einer im Voraus gewählten Entfernung
nach außen
beabstandet angeordnet ist. Zwischen dem oberen Segment 68 und
der benachbarten Wannenseitenwand 54 und 56 sind
an voneinander beabstandeten Stellen mehrere Abstandshalter 67 angeordnet,
um den gewünschten
Abstand zwischen den oberen Segmenten 68 und den Seitenwänden 54 und 56 aufrechtzuerhalten.
Um die Fähigkeit
des oberen Segments 68, in Bezug auf die Wanne 50 nach
oben und unten bewegt zu werden, aufrechtzuerhalten, sind die Abstandshalter 67 vorzugsweise
entweder an der Innenseite des oberen Segmentes 68 oder
an der Außenseite
der zugehörigen Wannenseitenwand 54 und 56 gesichert,
jedoch nicht an beiden.
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Das
obere Segment 68 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen
in vertikaler Richtung und weist eine ausreichende Höhe auf,
so dass in dem Fall, wenn die Ablenkwände 64 und 66 in
der nachstehend beschriebenen Weise positioniert sind, aus den Austrittlöchern 60 in
die Wanne 50 ausströmende
Flüssigkeit
gegen die dieser zugewandte oder innere Fläche des oberen Segmentes 68 prallt. In
jeder Ablenkwand 64 und 66 erstreckt sich ein zweites
oder geneigtes Segment 70 längs der unteren Kante des oberen
Segments 68 und ist mit dieser verbunden. Die geneigten
Segmente 70 in jedem Ablenkwandpaar 64 und 66 verlaufen
nach innen in Richtung aufeinander zu unter einem Winkel von ungefähr 45° oder einem
anderen vorausgewählten Winkel.
Der spezielle Neigungswinkel der geneigten Segmente 70 ist
nicht von besonderer Bedeutung, solange Flüssigkeit in der Lage ist, längs seiner
Fläche
mit einer ausreichenden Geschwindigkeit abzufließen, und die resultierende
vertikale Abmessung der geneigten Segmente 70 nicht größer ist
als der unterhalb der Wanne 50 zur Verfügung stehende offene Raum.
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Die
unteren Ränder
der geneigten Segmente 70 in einem im Voraus gewählten Abstand
voneinander getrennt angeordnet, um einen länglichen Flüssigkeitsauslass 72 zu
bilden, der sich vorzugsweise in Längsrichtung entlang des gesamten
Querschnitts der Kolonne 10 erstreckt und im Vergleich
zu dem Bereich zwischen den oberen Segmenten 68 eine verminderte
Querschnittsfläche
aufweist. Der Abstand zwischen den unteren Rändern der geneigten Segmente 70,
der der Weite des Auslasses 73 in Querrichtung entspricht,
ist derart gewählt,
dass unter Betriebsbedingungen ein wandartiger Flüssigkeitsstrom
aus dem Auslass 72 ausströmt, um den Dampf daran zu hindern,
durch den Auslass 72 aufwärts zu strömen, oder dies zu erschweren.
Zur gleichen Zeit sollte der Flüssigkeitsauslass 72 eine
ausreichende Größe haben,
damit Flüssigkeit
unter den bestimmten Strömungsbedingungen
nicht zurückgehalten
und oberhalb des Auslasses 72 gesammelt wird. Die beabsichtigte
Weite soll ferner jeglichen Festkörpern in dem Flüssigkeitsstrom
ermöglichen, den
Auslass 72 zu passieren, ohne darin steckenzubleiben. Es
wird angenommen, dass eine minimale Weite von ungefähr 2 mm
erforderlich ist, um die obigen Ziele zu erreichen.
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Eine
vertikale Abtropfkante 74 ragt von dem unteren Rand eines
jeden geneigten Segmentes 70 nach unten und dient dazu,
die den Auslass 72 verlassende Flüssigkeit gegenüber der
Dampfströmung der
Umgebung abzuschirmen. Jede Abtropfkante 74 hat ein gezacktes
oder sägezahnförmiges unteres Profil
mit mehreren gleichförmig
gestalteten und gleichmäßig voneinander
beabstandeten Zähnen 76. Die
Zähne 76 an
einer Abtropfkante 74 können
mit den Zähnen 76 an
der paarweise zugeordneten Abtropfkante 74 fluchtend ausgerichtet
oder gegenüber diesen
versetzt angeordnet sein. Anstatt sich in vertikaler Richtung und
parallel zueinander zu erstrecken, können die ein Paar bildenden
Abtropfkanten 74 sich auch aufeinander zu in einer Richtung
nach unten erstrecken, um den Bereich, der für die Strömung der austretenden Flüssigkeit
zur Verfügung
steht, weiter zu reduzieren.
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Die
paarweise einander zugeordneten Ablenkwände 64 und 66 sind
miteinander in einer Weise verbunden, die eine vertikale Bewegung
der Ablenkwände 64 und 66 in
Bezug auf die zugehörige
Wanne 50 ermöglicht.
Dies wird vorzugsweise durch Verwendung von Halte- oder Befestigungsmitteln,
wie beispielsweise Mutter- und Bolzen-Anordnungen 78, bewerkstelligt,
die durch die Abtropfkanten 74 und/oder die geneigten Segmente 70 ragen
und eine nach innen gerichtete Vorspannkraft auf die oberen Segmente 68 ausüben. Die
Mutter- und Bolzen-Anordnungen 78 enthalten einen Zwischenlegring
oder einen anderen Abstandshalter 80, der den gewünschten
Abstand zwischen den unteren Rändern der
geneigten Segmente aufrechterhält.
Es können andere
Mittel zur Verbindung der Ablenkplatten 64 und 66 miteinander
verwendet werden, solange die Möglichkeit
aufrechterhalten bleibt, die Ablenkplatten 64 und 66 nach
oben und unten zu bewegen.
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Der
Flüssigkeitsverteiler 16 ist
an einer vorausgewählten
Stelle oberhalb des Stoffaustauschbettes eingebaut, indem die Wannen 50 an
dem Ring 52 befestigt werden und/oder indem Trägerbalken 53 oder
andere Halterungsmittel verwendet werden. Obwohl vorzugsweise der
Speisekasten 34 dazu verwendet wird, den Wannen 50 Flüssigkeit
zuzuführen, ist
es ohne weiteres erkennbar, dass zu diesem Zweck an Stelle des Speisekastens 34 auch
(nicht veranschaulichte) Sammler oder andere Vorrichtungen verwendet
werden können.
Die Ablenkwände 64 und 66 können auf
einfache Weise zusammen mit den Wannen 50 in die Kolonne 10 eingeführt werden, indem
die paarweise einander zugeordneten Ablenkwände 64 und 66 mit
der zugehörigen
Wanne 50 verschachtelt werden. Um die Verschachtelung der
Ablenkwände 64 und 66 mit
der Wanne 50 zu erleichtern, können die geneigten Ablenkwandsegmente 70 und
der Wannenboden 40 eine zueinander komplementäre Gestalt
aufweisen. Es ist natürlich
ohne weiteres verständlich,
dass die Ablenkwände 64 und 66 auch
erst in Stellung gebracht werden können, nachdem die Wannen 50 in
der Kolonne 10 eingebaut worden sind.
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Wenn
nun die Wannen 50 eingebaut sind, werden die verschachtelten
Ablenkwände 64 und 66 einfach
abgesenkt, bis sie auf der oberen Fläche des darunter liegenden
Stoffaustauschbettes 18 gehaltert sind. Wenn die Abtropfkante 74 auf
dem Stoffaustauschbett 18 gestützt ist, ragt das obere Segment 68 der
Ablenkwände 64 und 66 bis
oberhalb der Ebene vor, in der Flüssigkeit aus den Austrittslöchern 60 in die
Wannen 50 austritt, so dass die gesamte oder im Wesentlichen
gesamte Flüssigkeit,
die die Austrittslöcher 60 verlässt, durch
die Ablenkwände
eingefangen und nach unten zunächst
längs des
oberen Segmentes 68 und anschließend längs der geneigten Segmente 70 bis
zu dem verengten Auslass 72 kanalisiert wird. Die Flüssigkeit
tritt dann durch den Auslass 72 aus und strömt die Abtropfkante 74 hinunter in
das Stoffaustauschbett 18 hinein in Form einer gleichförmigen Fluidwand,
die dazu dient, jedes Eindringen von Dampf in den Auslass 72 zu
erschweren. Die Dampfströme,
die durch das Stoffaustauschbett 18 nach oben steigen,
strömen statt
dessen bevorzugt in den offenen Zwischenraum, der in Bezug auf die
Ablenkplatten 64 und 66 außen liegt.
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Wie
aus der 7 ersichtlich, sind in dem Fall,
dass eine strukturierte Packung als das Stoffaustauschbett 18 verwendet
wird, die Wannen 50 vorzugsweise derart orientiert, dass
ihre Auslässe 72 quer
zu der Ebene der einzelnen Wellbleche in der obersten Schicht der
Packung verlaufen. In dieser Weise wird die Flüssigkeitswand durch die Wellungen
in den Blechen 82 in seitlicher Richtung verteilt, um eine
gleichmäßige Verteilung
der Flüssigkeit über dem
horizontalen Querschnitt des Stoffaustauschbettes 18 zu
erreichen.
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Da
die Ablenkwände 64 und 66 nicht
starr an den Wannen 50 befestigt sind, können sie
abgesenkt werden, um mit der oberen Fläche des darunter liegenden
Stoffaustauschbettes 18 in Berührung zu kommen, selbst wenn
die obere Fläche
nicht parallel zu der Ebene der Wannen 50 verläuft. Durch
diese Möglichkeit
die Ablenkwände 64 und 66 zu
verstellen, um ihre unteren Kanten mit der Packung oder mit anderen
Elementen in dem Stoffaustauschbett 18 in Kontakt zu bringen,
werden sämtliche
Lücken,
die zwischen der unteren Kante der Ablenkwände 64 und 66 und
dem Stoffaustauschbett 18 gebildet sein können, reduziert
oder beseitigt. Derartige Lücken
sind unerwünscht,
weil sie es zulassen könnten,
dass aus dem Auslass 72 austretende Flüssigkeit in dem aufsteigenden
Dampf mitgerissen wird, wodurch die Wirksamkeit des in dem Abschnitt
der Kolonne 10 stattfindenden Nettostoffaustausches reduziert
und die Wahrscheinlichkeit für
eine Fehlverteilung der Flüssigkeit
erhöht
wird. Darüber
hinaus ermöglicht das
sägezahnförmige Profil
der Abtropfkante 74 den Zähnen 76, nach unten
vor, in das Stoffaustauschbett hinein zu ragen, so dass die Flüssigkeit
innerhalb und nicht nur auf der Oberseite des Stoffaustauschbettes 18 zugeführt werden
kann.
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Es
ist ohne weiteres zu erkennen, dass die voneinander beabstandeten
Austrittslöcher 60 in
den Wannenseitenwänden 54 und 56 diskrete
Bereiche mit stärkerer
Flüssigkeitsströmung nach
unten entlang von Abschnitten der Ablenkwände 64 und 66 hervorrufen,
wie in 5 schematisch in Form von einander überlappenden
bogenförmigen
Strömungslinien 64 veranschaulicht.
Die V-förmige
Neigung der Austrittslöcher 60 in
den Seitenwänden 54 und 56 der Wannen 50 dient
dazu, die Stärke
dieser Strömungsunterschiede
zu vermindern, weil die Bereiche mit Strömungshöchstmengen längs der
Ablenkwand 64 zu den zugehörigen Bereichen mit Strömungshöchstmengen
längs der
anderen Ablenkwand 66 versetzt angeordnet sind. In dieser
Weise ergeben die kombinierten Strömungen von den paarweise einander
zugeordneten Ablenkwänden 64 und 66 eine
gleichmäßigere Verteilung
der Flüssigkeitsströmung entlang der
in Längsrichtung
ausgerichteten Längserstreckung
des Auslasses 72.
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Die Öffnung zwischen
der oberen Kante der Ablenkwände 64 und 66 und
den Wannenseitenwänden 54 und 56 ermöglicht jedem
Dampf, der in den Austrittsbereich eindringt, durch die Öffnung aufzusteigen,
anstatt die nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung störend zu
beeinflussen. Die Öffnung ist
ferner deshalb von Vorteil, weil sie es ermöglicht, dass Flüssigkeit,
die die Wannen 50 durch die Überlauflöcher 62 verlässt, gegen
die Innenflächen
der Ablenkwände 64 und 66 prallt
und längs
dieser nach unten abfließt.
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In
einer Abwandlung des Flüssigkeitsverteilers 16,
die für
niedrige Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten
eingerichtet ist, können
die Austrittslöcher 60 in
lediglich einer der Wannenseitenwände 54 oder 56 geschaffen
sein. In einer derartigen Ausführungsform,
wie sie in 6 veranschaulicht ist, wird
die Flüssigkeit
gegen lediglich eine einzelne Ablenkwand 64 gespritzt und
fließt
längs dieser
nach unten. Weil die andere Ablenkwand 66 keine Flüssigkeit
abfängt
und lediglich dazu dient, den Auslass 72 zu bilden, braucht
sie nicht in Bezug auf die Wannenseitenwand 56 außen positioniert
zu sein und kann statt dessen in Form einer vertikalen oder geneigten Platte
ausgebildet sein, die sich unterhalb des Wannenbodens 40 befindet.
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Es
ist ferner ohne weiteres zu erkennen, dass die ein Paar bildenden
Ablenkwände 64 und 66 nicht
identisch zueinander ausgebildet sein müssen, solange der verengte
Auslass 72 zwischen den unteren Rändern der Ablenkwände gebildet
ist.
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Aus
dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die Erfindung gut dazu eingerichtet
ist, alle oben erläuterten
Ziele und Aufgaben zu erfüllen
und weitere Vorteile zu erreichen, die der beschriebenen und offenbarten
Struktur zugehörig
sind.
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Es
ist zu verstehen, dass bestimmte Merkmale und Unterkombinationen
nützlich
sind und gesondert sowie ohne Beziehung zu anderen Merkmalen und
Unterkombinationen angewendet werden können. Dies ist durch die Ansprüche und
innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche bezweckt.
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Da
viele mögliche
Ausführungsformen
aus der hier offenbarten Erfindung geschaffen werden können, ohne
deren Schutzumfang zu verlassen, versteht es sich, dass jeder hier
erläuterte
und in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulichte Gegenstand lediglich im veranschaulichenden
und nicht im beschränkenden
Sinne zu interpretieren ist.