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Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von Flüssigkeiten in Füllkörpertürmen
Es ist allgemein bekannt, daß bei Füllkörpertürmen, die zum Destillieren, Waschen
u. dgl. dienen, die Flüssigkeitsverteilung mit zunehmender Rieselhöhe sich in der
Weise ändert, daß die Flüssigkeitsströme sich mehr und mehr der Turmwand nähern,
Ns schließlich bei genügender Rieselhöhe die ganze Flüssigkeit an der Wand herunterläuft.
Es ist daher erforderlich, nach einer gewissen Rieselhohe eine Neuverteilung der
Flüssigkeit vorzunehmen.
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Man hat versucht, zu einer gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung zu
gelangen, indem man Füllkörpertürme verwendete, die mit Verteilereinrichtungen folgender
Bauart ausgerüstet sind: I. Böden, die mit der Wandung fest verbunden sind und über
den ganzen Bodenquerschnitt verteilte Überläufe enthalten; 2. durchlochte konische
Verteilerböden; 3. Sammelrinnen, die an der inneren Turmwand angebracht sind und
mit nach der Tunnmitte ragenden Abläufen versehen sind.
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Alle diese Verteilereinrichtungen zeigen jedoch erhebliche Mängel.
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Bei mit der Turmwand fest verbundenen Böden mit über den ganzen Querschnitt
verteilten überläufen zeigt sich, daß trotz genauer Werkstattausführung die Beschickung
der einzelnen Überläufe im Betrieb ungleich wird, weil der Boden im Betrieb eine
höhere Temperatur hat als die Wand, so daß Wärmespannungen den Boden verformen,
und die Überläufe nicht mehr in einer waagerechten Ebene liegen. Auch der Boden
an sich ist Wärmespannungen unterworfen, die die gleichen schädlichen Wirkungen
hervorrufen.
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Falls durch ein Zuflußrohr, z. B. in die Mitte eines Bodens, Flüssigkeit
geleitet wird, wie es bei dem obersten Boden von Kolonnen und Waschtürmen der Fall
ist, und diese Flüssigkeit von der Mitte des Bodens radial nach dem Rande weiterfließt,
so nimmt ihre Geschwindigkeit entsprechend der Vergrößerung des ringförmigen Querschnitts
ab. Die Geschwindigkeitsabnahme setzt sich in Druck um. Der Flüssigkeitsspiegel
auf dem Boden ist also keine horizontale Ebene, sondern eine parabolische Fläche
entsprechend der Linie B bzw. B' in Abb. I, so daß auch die Beschikkung von Stutzen,
die nicht auf einem konzentrischen Kreis liegen, verschieden ist.
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Bei den an zweiter Stelle erwähnten gelochten, konischen Verteilerböden
hat man zwar eine gewisse Verbesserung der Verteilung erreicht; man hat aber niemals
die Gewähr, daß tatsächlich jeder Flüssigkeitsablauf die gleichen Mengen hindurchläßt.
Und selbst wenn es in einem Falle gelingen würde, bei einer bestimmten Flüssigkeitsmenge
eine genügend gleichmäßige Verteilung zu erzielen, so hat dieser Boden den großen
Nachteil,
daß bei Änderung der Beaufschlagung die Verteilung schlecht
wird.
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Die an dritter Stelle genannten Sammelrinnen leiten zwar die an der
Wand herunter. rieselnde Flüssigkeit zur Mitte des Tt » gs-bzw. der Kolonne, sorgen
aber nicht gleichmäßige Verteilung der übrigen Flfis X keit.
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Es wurde nun gefunden, daß es vorteilhaft ist, in bekannten Füllkörpertürmen,
bei denen die Verteilerböden als verstellbare cnd frei expandierende Wannen ausgebildet
sind, d. h. mit so viel seitlichem Spiel gelagert sind, daß sie sich ausdehnen können,
ohne die Wand unmittelbar zu berühren, und bei denen sich die Mittelachse dieser
Wannen mit der des Turmes deckt, diese Wannen an ihrer Peripherie mit einer oder
mehreren nahe beieinanderliegenden, zur Wannenachse konzentrischen Reihen von Überlaufstutzen
zu versehen. An die Überlaufstutzen schließen sich Ablaufrohre an, deren Ausgänge
gleichmäßig über den ganzen Querschnitt verteilt sind.
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An Hand der beiliegenden Zeichnung sei der Erfindungsgegenstand und
seine Anwendung auf eine Füllkörperkolonne zur Destillation näher erläutert: In
der Abb. 5 ist eine Kolonne dargestellt, die drei Verteilerwannen enthält. Die obere
Wanne hat die Aufgabe, die durch das Rohr L zugeführte Flüssigkeit (Rückfluß) gleichmäBig
zu verteilen.
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Die mittlere Wanne hat die Aufgabe, die in schlechter Verteilung
aus der darüber befindlichen Füllkörpersäuleherabrieselnde Flüssigkeit aufzufangen
und wieder gleichmäßig zu verteilen. Der an oder nahe der Wand herabrieselnde Teil
der Flüssigkeit wird dabei mit Hilfe eines Kragenbleches K in die Wanne geleitet.
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Die untere Wanne nimmt außer der herabrieselnden Flüssigkeit (Rüclçfluß)
das zu destillierende Rohprodukt, das durch die Leitung L' zugeführt wird, auf,
um beide Flüssigkeitsmengen gleichmäßig auf die darunterliegende Füllkörpersäule
zu verteilen. Oben bei 0 zieht dampfförmiges Destillat ab.
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Die-gleichmäßige Verteilung wird nun nach Abb. I bis 4 in folgender
Weise gelöst: Die durch das Rohr L in Abb. I zugeführte Flüssigkeit (Rückfluß) wird
in die Mitte der Wanne geleitet und fließt durch ein Beruhigungssieb S von der Mitte
der Wanne radial nach dem Rande zu, wo sich der konzentrische Kreis von Abflußstutzen
(vgl. Abb. 2 und 3) befindet.
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Der Flüssigkeitsspiegel in der Wanne bildet, wenn kein Druckunterschied
im Raume über und unter der Wanne besteht (wie z. B. beim Ausprobieren auf dem Prüfstand),
eine zur Kolonnenachse konzentrische parabolische Fläche entsprechend der Linie
B. Bei auf einem konzentrischen Kreise angeordneten ^berlaufstutzen sind also die
Wehrhöhen 2 Ji - - jedem Stutzen gleich groß, so daß auch -. » er Stutzen die gleiche
Flüssigkeitsmenge rält. Diese gleichmäßige Beschickung der stutzen bewirkt bei gleichmäßig
über den Kolonnenquerschnitt verteilten Ablaufrohrausgängen A eine gleichmäßige
Flüssigkeitsverteilung.
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Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß bei Einbau einer solchen Verteilereinrichtung
in eine Kolonne infolge der von unten nach oben um die Wanne herumströmenden Gase
ein Druckunterschied zwischen den Räumen über und unter der Wanne entsteht. Die
parabolische Fläche stellt sich dann entsprechend der Linie B' so ein, daß der Höhenunterschied
zwischen B' und B, also die Flüssigkeitshöhe, dem Druckunterschied zwischen den
Räumen über und unter der Wanne entspricht. Die gleiche Wehrhöhe bei allen Stutzen
bleibt aber gewahrt.
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Die Kappen Ko dienen als Gasabschlüsse, die verhindern, daß Gase
durch die Ablaufrohre in die Wanne gelangen und den ruhigen Flüssigkeitsspiegel
stören können.
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Die mittlere Wanne (Abb. 5) erhält ihre Flüssigkeit von der Ablaufkante
des Kragenblechs K und von der darüber befindlichen Füllkörpersäule. Ihr Flüssigkeitsspiegel
ist eine horizontale Ebene, die Flüssigkeitsverteilung also auch gleichmäßig. Der
Flüssigkeitsspiegel der unteren Wanne ist wiederum eine parabolische Fläche, weil
das Rohprodukt durch die Rohrleitung L' zugeführt wird.
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Der größte Vorteil der neuen Verteilereinrichtungen beruht darauf,
daß bei Änderung der zugeführten Flüssigkeitsmenge, wie sie im Betrieb bei Anderung
der Belastung vorkommt, die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung gewahrt bleibt.
So wurde bei einer Verteilerwanne, die 60 m31h maximal zu verteilen hatte, festgestellt,
daß eine gleichmäßige Verteilung auch noch bei einer Belastung von 5 m31h erzielt
werden konnte.
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Falls die Flüssigkeitsmenge sehr groß ist, so können die Uberlaufstutzen
auch auf zwei oder mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet werden. Es hat sich
im Betriebe gezeigt, daß die damit verbundene Verschlechterung der Verteilung praktisch
vernachlässigt werden kann, wenn man nur dafür sorgt, daß die konzentrischen Kreise
so nahe wie möglich beieinander an der Peripherie der Wanne liegen, was z. B. dadurch
geschieht, daß die Stutzen gegenseitig versetzt angeordnet werden (siehe Abb. 3).
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Um nun trotz der ausgleichenden Wirkung der konzentrischen Anordnung
der Ablaufstutzen den Einfluß der kälteren Kolonnenwand
auszuschalten,
ist die Verteilereinrichtung als Wanne ausgebildet, die frei expandierend mit genügend
seitlichem Spiel e (siehe Abb. 2) von der Kolonnenwand auf Winkelstücken gelagert
ist, die ihrerseits fest mit der Kolonnenwand verbunden sind.
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Ferner kann durch Verwendung von Stellschrauben St (Abb. I), die
durch besondere Flanschen F zugängllch gemacht werden können, die Wanne leicht ausgerichtet
werden.
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Um schließlich die Verformung der Wanne möglichst gering zu halten,
ist diese durch die Auswahl des Materials, z. B. Gußeisen, und durch die Formgebung
(wie kräftige Rippen und Stege) so widerstandsfähig wie möglich hergestellt.
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Die Empfindlichkeit der Wanne gegen Areigungen. läßt sich außerdem
durch Schlitze an den Überlaufstutzen herabsetzen, weil durch Schlitze die Wehrhöhen
vergrößert werden (siehe Abb. 4).