DE69112033T2 - Gas-Flüssig-Kontaktapparat und Verfahren zum Gas-Flüssig-Kontakt. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine verbesserte Gas-Flüssigkeit Kontaktierung und Massenübergang und stellt insbesondere vielfache Gas-Flüssigkeit Sprühnebelkontakte in paralleler Strömung unter effektiv gegenläufigen Gas/Flüssigkeitsströmungszuständen bereit, mit fortlaufender Sprühnebelerzeugung, Sammlung und Umlauf der Flüssigkeit, einzig und allein mit Hilfe der Gasströmung und ohne Eingreifen äußerer mechanischer Mittel. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, die Schichten durchlochter, strömungsdurchlässiger, strömungsbeschränkender Elemente aufweist und auf ein Verfahren, um Umlaufraten des Flüssigkeitssprühnebels zu erreichen, die ein Vielfaches von Flüssigkeitsdurchsatzraten von Tabletts sind, wobei das Verfahren und die Vorrichtung für einen Betrieb bei hohen Gasgeschwindigkeiten und niedrigen Druckverlusten geeignet sind.
• Gegenstrommassenübergangsverfahren, wie Destillation oder Absorption, werden gewöhnlich in Vorrichtungen durchgeführt, die einen Flüssigkeitsabstrom unter Einfluß der Schwerkraft oder Querstrom in Kontakt mit einem nach oben gerichteten Gasstrom verwenden. Ublicherweise ist ein solcher Kontakt entweder absatzweise, unter Verwendung einer Auswahl von Flüssigkeit-Gas Kontakttabletts, oder in einer sogenannten differentiellen Kontaktanlage, wie beispielsweise Füllkörpersäulen, ausgeführt.
• Im Stand der Technik ist eine große Auswahl von Kontakttabletts bekannt, die hauptsächlich Fraktionierbodenglocken- oder Siebtabletts umfassen, worin eine Flüssigkeit horizontal über jedes Kontakttablett strömt, in Querstrombeziehung zu dem Gas, das im allgemeinen vertikal nach oben gerichtet durch das Tablett strömt. ln solchen herkömmlichen Kontakttabletts wird ein inniger Gas-Flüssigkeit Kontakt durch das Durchperlen des Gases durch die Flüssigkeit auf dem Tablett und durch das Erzeugen eines Blasenschaums sichergestellt.
• Auf herkömmlichen Fraktionierbodenglocken- oder Siebtabletts wird Sprühnebel oder das Mitführen von Flüssigkeitströpfchen bekanntermaßen nur zufällig erzeugt. Ein solcher Übergang zu Sprühnebel ist dein Fachmann als "Flüssigkeit-in-Gas" Mitführung bekannt. Diese Mitführung wird bei absatzweisem und gegenläufigem Flüssigkeit-Gas Kontakt als unerwünscht angesehen, da ein Übergang von Flüssigkeit durch Sprühnebel von einem Tablett zu dem oberhalb liegenden Kontakttablett die gewünschte Abstufung der Flüssigkeit-Gas Konzentrationsgradienten von Tablett zu Tablett kurzschließt. Nach dem Stand der Technik wurde versucht dieses Problem auf verschiedene Weise zu lösen. Kiselev, U.S. Patent US-A-4,820,456 verwendet beispielsweise Schaumrückhaltezellen aus durchbrochenen Platten, um einen feinen Schaum zu erzeugen, um die turbulente Flüssigkeit abzuschirmen und das Mitführen und den Übergang zu dem oberhalb liegenden Tablett zu hemmen.
• Bei einigen Massenübergangsverfahren, bei denen ein bedeutender Teil des gesamten Übergangswiderstandes in der flüssigen Phase liegt, kann eine Kontaktierung durch Sprühnebel erwünscht sein. Beispiele für solche Prozesse sind die Entgasung von Kesselspeisewasser, das Entfernen von flüchtigen organischen Verunreinigungen aus verunreinigtem Wasser und die Absorption von leicht löslichen Gasen. Diese und andere gleichartige Prozesse sind durch die Tatsache gekennzeichnet, daß die Gesamtübergangsrate durch die Flüssigphasenoder Flüssigkeitsfilm-Diffusionsraten gesteuert sind, die von vornherein geringer sind als Gasphasen-Diffusionsraten. Die Minimierung eines solchen Widerstands erfordert den größtmöglichen Grad an fortlaufender Vermischung der Flüssigphase. Sprühnebelkontaktierer stellen indessen normalerweise keine optimale oder fortlaufende Vermischung der Flüssigphase bereit und sind daher in der Industrie nicht verbreitet für Gas-Flüssigkeit Massenübergangsvorgänge verwendet worden.
• ln einem Sprühnebelkontaktierer tritt der Hauptbruchteil des gesamten Massenübergangs eines aufgelösten Stoffs von einem Gas zu einer Flüssigkeit, oder von der Flüssigkeit zum Gas, während der Tropfenbildung in der Nähe der Sprühdüsen auf. Während der Tropfenbildung befindet sich die Flüssigkeit in einer im allgemeinen turbulenten Streifen- oder Strahlströmung. Wenn die Flüssigkeitstropfen einmal gebildet sind, mischen sie sich inwendig für einen kurzen Zeitraum durch Oszillation und verhalten sich nachfolgend mehr oder weniger wie stabile Sphären, ohne weiteres inwendiges Mischen. lnnerhalb eines Flüssigkeitstropfens ist der Flüssigphasenübergang, beim Fehlen inwendigen Mischens, ein langsamer, diffusionsgesteuerter Prozess, der sehr niedrige Gesamtübergangsraten liefert. Dieses Fehlen eines auf die Tropfenbildung folgenden inwendigen Rührens oder Mischens, ist einer der Hauptnachteile von herkömmlichen, einstufigen Sprühnebelkontaktvorrichtungen.
• Ein Verfahren, um ein auf die Bildung von Flüssigkeitstropfen folgendes Mischen der Flüssigkeit zu erreichen, ist, die Tropfen in Gestalt einer Flüssigkeitsmasse zu sammeln oder zusammenfließen zu lassen und daraufhin die Tropfen neu zu bilden. Verfahren zum Sammeln von Tropfen und zur Neubildung von Sprühnebel nach dem Stand der Technik verwenden meist irgendeine äußere mechanische Vorrichtung, wie eine Umlaufpumpe und Sprühdüsen. Mechanisches Pumpen, um eine Neubildung von Sprühnebel sicherzustellen, ist energieintensiv und unwirtschaftlich, wenn eine Anzahl von Kontaktstufen erforderlich ist.
• Solche Sprühnebelkontaktierer nach dem Stand der Technik, die sich mechanischer Mittel zum gesteuerten Einfangen und Umlauf von Sprühnebel bedienen, schließen Herrlander, U.S. Patent US-A-4,514,196 ein, das ein Kontakttablett verwendet, das eine Vielzahl selbstständiger Venturirohre mit einem Flüssigkeitsverteiler in Form eines Armkreuzes aufweist, wobei ein Flüssigkeitsrohr jede einzelne Venturidüse speist. Die Gasventuris erzeugen einen nach oben gerichteten Flüssigkeitssprühnebel. Der Flüssigkeitssprühnebel wird von einem Kugelbett abgefangen, in dem eine nachfolgende Kontaktierung durch Bläschenströmung sichergestellt ist. Es gibt keinen inneren Flüssigkeitsumlauf; der Durchgang der Flüssigkeit ist im wesentlichen einmalig. ln einem weiteren Beispiel, Ekman, U.S. Patent US-A-3,795,486, ist die Verwendung einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten zylindrischen Stangen erläutert, wobei Sprühnebel entweder von oben oder von unten in einen vertikal nach oben gerichteten Gasstrom eingespeist wird. Die Strömung der Flüssigkeit geht "nach unten gegenläufig" zu der Gasströmung durch den Behälter, der die Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Stangen aufweist. Die Kombination des Abstands der Stangen und der Gasgeschwindigkeiten, die von Ekman verwendet werden, liefert ein wasserfallartiges Herunterfalien der Flüssigkeit durch die Stangenfelder und eine im allgemeinen gegenläufige Flüssigkeit/Gasströmung. Andersen, U.S. Patent US-A-3,447,287 bewirkt einen einmaligen Durchlauf von Rauch und Sprühnebel durch ein Stangenfeld, um Makroteilchen anzusammein. Bei Ekman, U.S. Patent US-A-4,140,501, strömt Gas horizontal durch eine einzelne Reihe von im Abstand voneinander angeordneten vertikalen oder geneigten Rohren, die Venturirohre bilden. Das Röhrenfeld wird flächig durch eine stromaufwärts gelegene Spühdüse, parallel zu der Gasströmung, besprüht, und der Sprühnebel, der stromäbwärts mitgerissen wird, wird durch eine Reihe von fortschreitend feineren Flügelentfeuchtern entfernt. Die beim Entfeuchten anfallende Flüssigkeit wird von dem System abgezogen, wobei bei Ekman kein Flüssigkeitsumlauf beschrieben wird. ln all diesen Beispielen des Stands der Technik, erfolgt die Erzeugung und/oder das Sammeln des Flüssigkeitssprühnebels, abgesehen vom Schwerkrafteinfluß, zufällig und ungesteuert. Es sind keine Mittel zur Steuerung oder zum inneren Umlauf des Flüssigkeitssprühnebels bereitgestellt. Weder bei Ekman noch bei Andersen wird ein Verfahren oder Mittel für inneres Sammeln des Sprühnebels, gerichtete äußere Strömung und automatische Neubildung von Sprühnebel und Umlauf von Flüssigkeit, in einer gesteuerten, wiederholten Art und Weise, erläutert.
• Bei Lerner, US-A-4,732,585, werden im Abstand voneinander angeordnete durchbrochene oder durchlochte Rohre, die an den Enden geschlossen sind, in einem Ablenkblech-und-Röhren Feld verwendet, um Flüssigkeit in den Rohren zu veranlassen, in Bläschenströmung überzugehen. Die Gas-Flüssigkeit Kontaktierung erfolgt durch die Bläschenströmung, wobei Sprühnebel oberhalb des Felds eingeblasen wird und Flüssigkeit unterhalb der Sprudelrohre abgezogen wird. Lerner stellt kein Verfahren oder Mittel für inwendig gesteuerten Flüssigkeitsumlauf und Sprühnebelneubildung bereit.
• Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung zur Gas-Flüssigkeit Kontaktierung bereitzustellen. Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung eine Flüssigkeitssprühnebelvorrichtung zur Gas-Flüssigkeit Kontaktierung mit erhöhtem Wirkungsgrad bereitzustellen, in der die Flüssigkeit inwendig umläuft, zu einem Kontakt mit einer Gasströmung bei großen Flüssigkeit/Gas Verhältnisszahlen und niedrigem Gasdruckverlust, ohne die Verwendung von mechanischen Mitteln, um einen solchen Umlauf zu erreichen. Es ist weiterhin Ziel der Erfindung, Sprühnebel zu erzeugen, in paralleler Strömung Gas damit zu kontaktieren, und auf einem oder mehreren in Reihen angeordneten Kontakttabletts, den Sprühnebel zu sammeln, rückzuführen und Sprühnebel neu zu bilden, wobei nur die Strömungsenergie des Gases für die Sprühnebelerzeugung, das Auffangen und den Umlauf verwendet wird. Die Erfindung zielt ebenfalls darauf ab, Sprühnebel auf dem Kontakttablett oder Tabletts mit Sprühnebelraten zu erzeugen, die Vielfache der Flüssigkeitszuführungsrate durch das Tablett oder den Turm, der eine Vielzahl von Tabletts enthält, sind. Weiterhin zielt sie darauf ab, eine wirkungsvolle Vorrichtung und Verfahren für eine Gas-Flüssigkeit- Sprühnebel-Kontaktierung in paralleler Strömung, unter effektiv gegenläufigen stufenweisen Gas/Flüssigkeit Strömungszuständen bereitzustellen, dazu geeignet, bei hoher Gasgeschwindigkeit und niedrigem Druckverlust zu arbeiten.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Gas-Flüssigkeit Kontaktiervorrichtung bereitgestellt, die aus einem vertikal angeordnetem Behälter besteht, der wenigstens ein horizontales Tablett, Mittel zur Zuführung von Flüssigkeit zu, und Mittel zum Entfernen von Überlauf von dem Tablett und wenigstens ein vertikal angeordnetes Gehäuse darauf aufweist, das gegenüber Gasströmung am Oberteil und am Unterteil offen ist und das ein horizontal angeordnetes Feld von Flüssigkeitsleitern einschließt, in im wesentlichen paralleler Anordnung auf dem Niveau des Tabletts und so im Abstand voneinander angeordnet, um verengte Venturi Durchgänge für die nach oben gerichtete Strömung des Gases dazwischen zu bewirken, wobei die Leiter Mittel zur Zuführung von Flüssigkeit von dem Tablett in das Gas haben, wodurch eine Ausbildung eines nach oben gerichteten Flüssigkeitssprühnebels durch das Gas bewirkt wird, und wobei oberhalb der Flüssigkeitsleiter, getragen auf dem Gehäuse und die Querschnittsfläche des Gehäuses einnehmend, horizontal angeordnete durchlochte, strömungsdurchlässige und strömungsbeschränkende Elemente angeordnet sind, die durch einen Raum hoher Durchlässigkeit mit niedrigem Strömungswiderstand getrennt sind, der zu dem Raum zwischen dem Behälter und dem vertikalen Gehäuse hin offen ist und auf diese Weise laterale Kanäle, senkrecht zu dem nach oben gerichteten Gasstrom in dem Behälter, bildet, wobei die Kanäle die Strömung eines Hauptteils des Gases und Sprühnebels zu dem Raum außerhalb des Gehäuses und gegen die innere Wand des Behälters bewirken, wobei mitgeführte Flüssigkeit von dem Gas getrennt wird und die so abgetrennte Flüssigkeit den Flüssigkeitsleitern und dem Kontakt mit dem fortlaufend eingeführten Gas zugeführt wird. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in einem im wesentlichen vertikalen Behälter ausgeführt, der ein oder mehrere Gas-Flüssigkeit Kontakttabletts enthält. Jedes Kontakttablett besteht aus einer im wesentlichen horizontalen Platte mit aufgerichteten Wandbauteilen, die an der Platte befestigt sind, wobei die Wandbauteile innerhalb des Behälters ein oder mehrere Gehäuse mit vertikalen Wänden festlegen, die gegenüber dem nach oben strömenden Gas sowohl am Oberteil als auch am Unterteil offen sind. Das Gehäuse enthält eine erstes oder Bodenfeld von horizontal angeordneten, im Abstand voneinander angeordneten, parallelen Flüssigkeitsleitern, die an einem oder beiden Enden offen sind, und die die vertikalen Wände des Gehäuses durchdringen und mit einer Flüssigkeitsschicht auf dem Tablettboden außerhalb des Gehäuses in Verbindung stehen. Die Leiterrohre, oder Abschnitte hiervon, sind vorzugsweise zylindrisch oder rohrförmig und so im Abstand voneinander angeordnet, um eine Venturiströmung in dem nach oben strömenden Gas zu erzeugen, das durch das innere Behältnis, das von dem Gehäuse mit Wänden gebildet ist, und durch das Feld der flüssigkeitsleitenden Rohre geht. Die flüssigkeitsleitenden Venturirohre enthalten geeignete Verteilermittel, wie Überlaufwehre oder Öffnungen, um die Flüssigkeit gleichförmig in die Venturiströmung des Gases außerhalb der Rohre zu verteilen. ln dem Verfahren der Erfindung wird das Gas veranlasst mit genügend hohen Geschwindigkeiten durch das Gehäuse zu strömen, um sowohl in den Bereichen der Einführung der Flüssigkeit von den Flüssigkeitsleitern, die ebenfalls als Venturiströmung erzeugende Rohre wirken, Sprühnebel zu erzeugen, als auch im wesentlichen allen so gebildeten Sprühnebel nach oben mitzuführen.
• Der so durch die Gasströmung in paralleler Strömung nach oben gerichtet beförderte Sprühnebel wird durch eine Reihe von jeweils zwei, vertikal voneinander im Abstand angeordneten, durchlochten oder durchbrochenen strömungsbeschränkenden Elementen abgefangen. Die strömungsbeschränkenden Elemente bilden eine erste und zweite Strömungswiderstandszone senkrecht zu der Richtung des nach oben strömenden Gases und sind durch einen wenigstens teilweise seitlich offenen freien Raum zwischen den Widerstandselementen getrennt. Die erste strömungsbeschränkende, durchlochte Barriere ist auf dem Gehäuse mit vertikalen Wänden angebracht und nimmt die Querschnittsfläche des vertikalen Gehäuses ein, wodurch veranlasst wird, daß alles Gas und aller Sprühnebel durch diese Barriere strömt. Die zweite durchlochte Strömungswiderstandsbarriere ist vorzugsweise an dem ersten Widerstandselement befestigt oder auf andere Weise mit diesem einstückig.
• Wenn der leere Raum zwischen den Elementen zu dem Volumen außerhalb des Gehäuses hin offen ist, wurde überraschenderweise beobachtet, daß ein bedeutender Bruchteil des Gases seitlich, das heißt senkrecht zu der Strömungsrichtung des Gases, durch den freien leeren Raum zwischen den strömungsbeschränkenden Elementen abgeleitet wird. Der Sprühnebel der durch das Gas durch die erste Widerstandsschicht oder Zone nach oben getragen wird, wird seitlich durch den leeren Raum zwischen den ersten und zweiten Strömungswiderstandszonen ausgestoßen.
• Druckverlustmessungen haben ergeben, daß die seitliche Ableitung des Gases zwischen der ersten strömungsbeschränkenden Barriere und der zweiten, im Abstand hiervon angeordneten Barriere verursacht wird, da das Differential des Gasdrucks über die zweite strömungsbeschränkende Barriere in Richtung der vertikalen Gasströmung größer ist, als das Differential des Drucks zwischen dem Gas zwischen den strömungsbeschränkenden Barrieren und dem Gas außerhalb des Gehäuses. Da der Gasstrom den Weg des geringsten Strömungswiderstands nimmt, wird der Hauptteil des Gases gezwungen, seitlich zwischen den Strömungswiderständen zu strömen, wobei der mitgeführte Sprühnebel mitgetragen wird. Es wurde festgestellt, daß geeignete strömungsbeschränkende Elemente durchlochte oder durchbrochene Platten oder Rohre oder anisotrope Materialen, wie beispielsweise geschichtetes Netz, sind.
• In einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden die ersten und zweiten strömungschränkenden Elemente durch die oberen und unteren Flächen einer einzelnen Reihe von durchbrochenen oder durchlochten hohlen Rohren gebildet, die an einem oder beiden Enden offen sind, und die benachbart und vorzugsweise weitgehend in Kontakt miteinander angeordnet sind. Obwohl anfänglich alles Gas durch die erste Widerstandsbarriere, bestehend aus den Bodenflächen der durchlochten Rohre, strömt, kann beobachtet werden, daß ein bedeutender Teil des Gases vom lnneren der Rohre horizontal durch die Rohre zu dem Schalenvolumen des Turms, außerhalb des vertikalen Gehäuses strömt. Dieser Teil des Gasstroms, der horizontal durch die Sprühnebelabfangrohre strömt, trägt den Hauptteil des Sprühnebels in den Raum zwischen dem Gehäuse mit vertikalen Wänden und dem äußeren Zylinder.
• Der optimale Grad an lateraler Strömung in den durchlochten Rohren wird erreicht,wenn die Rohre Seite an Seite, das heißt, parallel und in weitgehendem Kontakt miteinander angeordnet sind. Der abgefangene Sprühnebel wird zusammen mit dem Gasstrom durch die Rohre ausgestoßen, senkrecht zu der anfänglichen Richtung des Sprühnebels, die sich durch die Gasventuriwirkung an den Flüssigkeitsleiterrohren entwickelt hat. Der horizontal ausgestoßene Sprühnebel fällt durch die Schwerkraft oder wird durch die Wände des zylindrischen Behälters aufgefangen, und die Flüssigkeit fließt daher zu der Flüssigkeitsmenge auf dem Boden des Tabletts, wo sie wieder in die flüssigkeitsleitenden Rohre auf dem Tablettboden eintritt und auf diese Weise veranlasst wird, umzulaufen. Das Gas, das aus der Flüssigkeit austritt, verbindet sich mit dem durch das strömungsbeschränkende Element hindurchdringenden Gas, und der gesamte Gasstrom strömt durch das oberhalb folgende Feld von Leiterrohren oder zu dem Ausgang des vertikalen zyllndrischen Behälters. Die Erfindung stellt auf diese Weise einen Zyklus fortlaufender Sprühnebelerzeugung, Umleitung des Sprühnebels senkrecht zur Gasströmungsrichtung, Sammlung des sich lateral bewegenden Sprühnebels an den Behälterwänden oder an speziellen vertikalen Sammlerplatten, Sammlung der Flüssigkeit, verursacht durch das Abfließen durch Schwerkraft, und Neubildung von Sprühnebel aus der umgelaufenen Flüssigkeit bereit. Obwohl die Flüssigkeitsströmung gegenläufig zu der Gasströmung in der Säule ist, erfolgt der Gas/Flüssigkeit Sprühnebelkontakt vollständig in paralleler Strömung innerhalb des Gehäuses mit Wänden auf dem Kontakttablett, und die Flüssigkeit läuft auf dem Tablett in der Art und Weise eines geschlossenen Kreislaufs um. Der Zyklus des Flüssigkeitssprühnebels auf dem Tablett kann mit einem inneren Schwungrad verglichen werden, wobei der effektive Strom von Platte zu Platte die Flüssigkeitsdurchsatzrate ist.
• Die Zylinder zur Sammlung und Umleitung des Sprühnebels können vom Aufbau her durchbrochen oder durchlocht sein (Drahtnetz, Streckmetall oder Kunststoffschaum, Sieb, Gitter, durchbrochenes Rohr oder Schlauch und dergleichen) mit einer offenen Fläche von 25% bis 90%, vorzugsweise mit einer offenen Fläche von 40% bis 80%. Bei verhältnismäßig großen Tabletts, oder bei vielfach unterteilten Tabletts, sind die Zylinder zur Sammlung des Sprühnebels vorzugsweise an einem Ende geschlossen, wodurch der Ausstoß der Gaströmung und der Flüssigkeit am gegenüberliegenden Ende verursacht wird. Solche Zylinder mit geschlossenen Enden können alle in eine Richtung ausgerichtet sein, so daß die Flüssigkeitsströmung vollständig in einer Richtung ausgestoßen wird, oder das geschlossene Ende der Zylinder kann abgewechselt werden, wodurch eine gleichzeitige Ausstoßströmung zu gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses verursacht wird.
• ln einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bestehen die ersten und zweiten strömungsbeschränkenden Barrierenelemente aus den oberen und unteren Schichten eines anisotropen, geschichteten Materials, wie Netzgestrick, das lateral einen niedrigeren Gasströmungswiderstand als vertikal hat. Andere geeignete durchlochte Materialien für Barrieren schließen Schichten aus Drahtgewebe oder Kunststoffasersiebe oder Gitter ein. Werden Sieb- oder Netzschichten verwendet sind diese vorzugsweise gebogen oder auf andere Weise vertikal im Abstand voneinander angeordnet, um eine anisotrop höhere Durchlässigkeit und niedrigeren Strömungswiderstand in horizontaler Richtung als in der vertikalen Richtung bereitzustellen.
• Um sowohl das anfängliche Mitführen und das erneute Mitführen der Umlaufflüssigkeit sicherzustellen, bestehen die Leiter der Umlaufflüssigkeit der Anordnung vorzugsweise aus Zylindern oder zylindrischen Abschnitten, die so im Abstand voneinander angeordnet sind, daß eine Venturiwirkung in dem Gasstrom, der zwischen diesen strömt, erzeugt wird, die ausreichend groß ist, um in das Gas eingeführte Flüssigkeit nach oben zu saugen. Die Flüssigkeitsleiterrohre, die auch den Gasventuri bilden, können offene Halbrohre oder Becken sein, aus denen Flüssigkeit durch Überlaufwirkung in die Gasventuriströme, die zwischen diesen durchgehen, überläuft, wodurch ermöglicht wird, daß Flüssigkeitssprühnebel durch die Gasventuriwirkung nach oben gesaugt wird. Wahlweise können die Rohre zur Speisung der Venturis voll zylindrische Rohre mit Perforationen, Überläufen, Schlitzen, Düsen oder anderen Mittel sein, die nach dem Stand der Technik für Überlauf oder Einführung von Flüssigkeit bekannt sind. Um die Sprühnebelerzeugung auf das größtmögliche Maß zu bringen, sind die Mittel zur Flüssigkeitszuführung in das Gas vorzugsweise so angeordnet, daß Flüssigkeit dem Gasstrom in einer Richtung zugeführt wird, die im wesentlichen senkrecht zur Gasströmung ist.
• Wenn obere und untere Schichten eines anisotrop geschichteten Materials, wie beispielsweise Siebe oder Gitter, für die strömungsbeschränkenden Elemente verwendet werden, sind diese vorteilhaftesterweise in bezug auf die Flüssigkeitsströmung über den Tablettboden durch Abschließen einer oder mehrerer ausgewählter Seiten des anisotrop geschichteten Materials strömungsorientiert, um so den höchsten Grad an Flüssigkeitsumlauf und Verweilzeit auf dem Tablett sicherzustellen, das heißt, den geringsten Grad des Kurzschließens des lateral gerichteten Sprühnebels zu der Flüssigkeit, die zu dem darunter liegenden Tablett überläuft. Wenn beispielsweise Flüssigkeit auf den Tablettboden auf einer Seite des Tabletts eingeführt wird, und das Fallrohr um 180º von dem Flüssigkeitseintritt versetzt ist, wobei die Flüssigkeitsleiterrohre parallel zur allgemeinen Flüssigkeitsströmungsrichtung angeordnet sind, sind die Sprühnebelsammlungs- und Umlaufschichten vorteilhafterweise in im wesentlichen rechten Winkeln zu den Venturi-erzeugenden Flüssigkeitsleiterrohren offen. Wahlweise kann der Grad des Flüssigkeitsumlaufs auf das größtmögliche Maß und das Ausmaß des Kurzschlußes der Flüssigkeit zu dem Tablettüberlauf auf das kleinstmögliche Maß gebracht werden, indem sowohl die Venturirohre als auch die offenen Sprühnebelkanäle in rechten Winkeln zu der Flüssigkeitsströmungsrichtung auf dem Tablett, von dem Zuführungsüberlauf zu dem Fallrohr, angeordnet werden. ln letzterem Fall sind die Venturirohre parallel zu den offenen Sprühnebelkanälen des durchlochten, geschichteten Netzes oder der durchlochten Rohre. Falls gewünscht ist, den Sprühnebel direkt zu der Flüssigkeitseinlaßseite der Venturirohre zurück umlaufen zu lassen, können die offenen Sprühnebelkanäle parallel zu den die Flüssigkeit leitenden Venturirohren ausgerichtet und an dem Ende des Gehäuses, das auf der Seite der Fallrohre zu dem darunterliegenden Tablett liegt, abgeschlossen werden. Ein Mittel zur Abdichtung ausgewählter Seiten der Sprühnebelkanäle in den durchlochten Medien besteht aus der Erweiterung der Seiten des vertikalen Gehäuses nach oben, um die ausgewählten Seiten der Sprühnebelkanäle abzuschirmen. ln den Fällen, in denen ein Querstromflüssigkeitsgradient erwünscht ist, können mehrere vertikale abgetrennte Räume die Tablettkontaktierungsmittel enthalten, mit einem gerichteten Flüssigkeitsausstoß von den Sprühnebelkanälen zu der stromaufwärts gelegenen Seite der effektiven Flüssigkeitsströmung über das Tablett, oder zu den 90º/270º Seiten der Strömungsrichtung über das Tablett. Auf diese Weise kann eine vorzugsweise laterale Richtungssteuerung der Sprühnebelströmung, bei Verwendung von durchlochtem, geschichtetem Material als strömungsbeschränkende Strömungswiderst andselemente, durch Ab dicht en oder Abschirmen einer oder mehrerer Seiten des geschichteten Felds bereitgestellt werden.
• Die die Flüssigkeit leitenden Rohre sind vorzugsweise an oder nahe dem Tablettboden angeordnet, und das Flüssigkeitsniveau auf dem Tablett wird so gehalten, daß die Tiefe ausreichend ist, um zu veranlassen, daß die Flüssigkeit mit einer gewünschten Rate durch die Rohre fließt. Das Flüssigkeitsniveau kann durch konventionelle Mittel wie ein Überlaufrohr oder ein Überlauffallrohr auf den gewünschten Niveaus gehalten werden. Falls vollständig überschwemmte flüssigkeitsleitende Rohre verwendet werden, werden vorzugsweise strömungsbeschränkende Elemente zur Einführung der Flüssigkeit, wie beispielsweise Schlitze oder Öffnungen verwendet, so daß die Einführungsrate der Flüssigkeit in das Gas durch den äußeren hydrostatischen Druck auf dem Tablett gesteuert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, sowohl in bezug auf die Vorrichtung und das Verfahren ihres Betriebs, ist in bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die folgendes zeigen:
• Fig.1 ist eine schematische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei Teile weggebrochen sind, um Einzelheiten der bevorzugten Vorrichtung zu zeigen,
• Fig.2 ist eine Ansicht einer Vorrichtung der Erfindung, in der das Verfahren dieser Erfindung durchgeführt wird,
• und Fig. 3 ist eine bruchstückhafte isometrische Ansicht eines wahlweisen Elements der Erfindung.
Genaue Beschreibung der Zeichnungen
• Unter Bezugnahme auf Fig.1 enthält und trägt ein zylindrischer Turm 1 ein horizontales Kontakttablett 2, das zwischen Flanschen 3 des Turms 1 gehalten ist. Wasser oder eine andere Flüssigkeit wird dem Tablett 2 über die Leitung 4 und durch einen Durchflußmesser 5 und ein Steuerventil 6 zu einem Einlaßzuführungspunkt 7 des Tabletts zugeführt. Luft oder ein anderes Gas wird durch den Turm nach oben mit Hilfe eines Zentrifugalgebläses 8 geblasen. Die Gasströmungsrate wird durch einen Drossel 9 am Gebläseeinlaß gesteuert und mit Hilfe eines Pitotrohrs 10 im Ansaugkanal 11 gemessen.
• Unter Bezugnahme auf Fig.2 besteht das Kontakttablett 2 aus einer kreisförmigen Platte 12, die ein rechteckiges Gehäuse 13 mit vertikalen Wänden und offenem Querschnitt aufweist, wobei ein Satz von gegenüberliegenden Seiten 14 des Gehäuses leicht höher als der andere Satz von gegenüberliegenden Seiten 15 ist.
• Ein horizontales Feld von im Abstand voneinander angeordneten Venturirohren 16 ist auf gegenüberliegenden Seiten 14 getragen, wobei die Unterkanten auf oder leicht über der Fläche des Tablettbodens 12 liegen. Die die Flüssigkeit leitenden Venturirohre 16 erstrecken sich durch die Seitenwände 14 des Gehäuses 13. Die die Flüssigkeit leitenden Venturirohre 16 sind auf der Fallrohrseite 19 verschlossen, so daß Flüssigkeit, die von dem Tablettboden abfließt, in die Rohre nur auf der Seite eintreten kann, die dem Einlaßzuführungspunkt 7 benachbart ist. Jede der Venturieinspeiserohre 16 weist eine Reihe von Löchern 20 auf jeder Seite auf, wobei jede Reihe horizontal angeordnet ist und gleichmäßig im Abstand von 180º versetzt zueinander angeordnet ist, wodurch es ermöglicht wird, Flüssigkeit in das Gas in rechten Winkeln zu der vertikalen, nach oben gerichteten Gasströmung einzuspeisen.
• Eine einzelne Reihe durchlochter Rohre 21 aus offenem Gitterwerk pro Tablett ist in einem Feld am oberen Ende des offenen vertikalen Gehäuses 13 in einer Richtung senkrecht zu den Venturieinspeiserohren 16 angeordnet. Jedes Ende der durchlochten Rohre 21 ruht auf der oberen Kante der niedrigen Seiten 15 des vertikalen Gehäuses 13. Die Wände 14 des Kontaktierungsbehältnisses auf den zwei Seiten, die parallel zu der Länge der durchlochten Rohre 21 sind, erstrecken sich von der Unterseite des Tablettbodens 12 bis leicht über die Mitte der Reihe der durchlochten Rohre 21.
• Die vorstehende Anordnung richtet den Sprühnebel, der von den durchlochten, für den Sprühnebelumlauf vorgesehenen Rohren 21 ausgeht, in rechten Winkeln zu der allgemeinen Flüssigkeitsquerstromrichtung über das Tablett aus. Der Tablettboden 12 weist ein einzelnes Fallrohr 22 auf, das aus einem zylindrischen Überlaufabfluß besteht, der sich einige Zoll, beispielsweise 2 bis 4 Zoll, oberhalb und unterhalb des Tablettbodens 12 erstreckt. Die Höhe des Fallrohrs 22 über dem Tablettboden stellt einen konstanten hydrostatischen Druck für die Venturieinspeiserohre 16 bereit. Um eine wirksame Abdichtung gegen Gaseintritt bereitzustellen, ist das Fallrohr am unteren Ende mit einem Abdichtnapf 23 versehen. Wie in Fig.2 gezeigt ist, ist das Fallrohr vorzugsweise um 180º versetzt von dem Flüssigkeitseinlaß angeordnet.
• Eine, zu der in der Fig.2 als durchlochte Rohre 21 gezeigten, alternative Form eines strömungsbeschränkenden durchlochten Elements ist in Fig.3 gezeigt. Das Strömungswiderstandselement 25 besteht aus einer Vielzahl umgebogener, horizontal angeordnet er Siebe oder Schichten aus Drahtnetz, wobei die Kanäle zwischen den Sieben horizontale Durchgänge hoher Durchlässigkeit und niedrigen Strömungswiderstands bereitstellen. Um das anisotrope, geschichtete Material mit niedrigem Strömungswiderstand in der horizontalen Richtung, bezogen auf den Strömungswiderstand in der vertikalene Richtung, deutlich zu zeigen, ist die horizontale Sieb struktur getrennt von dem Rieselturm 1 und der angeschlossenen Struktur gezeigt. Die horizontale, umgebogene Sieb- oder Netzstruktur ruht auf den Kanten des rechteckigen Gehäuses 13 mit vertikalen Wänden in derselben Art und Weise, wie die zuvor beschriebenen durchlochten Rohre 21. Um eine gerichtete Sprühnebel- und Gasströmung bereitzustellen, kann die horizontale Siebstruktur entlang ihrer Kanten zu dem Raum, von dem Gehäuse ab, von einer bis vier Seiten hin offen sein. Die bevorzugte Art des gerichteten Sprühnebelumlaufs in rechten Winkeln zu den Orten des Flüssigkeitseinlaßüberlaufs und des Fallrohrs kann durch das Offenlassen der jeweiligen gegenüberliegenden Kanten der horizontalen Netzstruktur erreicht werden, während die anderen zwei Seiten, die dem jeweiligen Flüssigkeitseinlaßüberlauf und dem Fallrohr benachbart sind, durch die wahlweise höheren Wände des Gehäuses 13 verschlossen sind.
Kennzeichnendes Beispiel 1
• Ein Akrylrohr mit dem Durchmesser 292 mm (11-1/2") wurde als Gehäuse 1 verwendet, so daß die Gas-Flüssigkeit Wechselwirkung visuell beobachtet werden konnte. Die Kontakttabletts 2 der Erfindung wurden zwischen Flanschen 3 des Akrylgehäuses gehalten. Wasser wurde dem Tablett durch eine Leitung 4 und durch einen Durchflußmesser 5 und ein Steuerventil 6 zu dem Einlaßzuführungspunkt 7 des Tabletts zugeführt.
• Luft wurde aufwärts durch das Gehäuse 1 mit Hilfe eines Zentrifugalgebläses 8 geblasen. Die Luftströmungsrate wurde mit Hilfe einer Drossel 9 am Gebläseeinlaß gesteuert und mit Hilfe eines Pitotrohrs 10 in einem Saugkanal 11 mit Durchmesser 100mm (4 Zoll) gemessen. Bezogen auf Fig.2 bestand das Kontakttablett aus einer kreisförmigen Platte 12, die ein quadratisches Gehäuse 13 mit vertikalen Wänden aufwies, 152,4mm x 152,4mm (6 Zoll x 6 Zoll) offener Querschnitt, 82,6mm (3-1/4") Höhe an einem Satz gegenüberliegender Seiten und 100mm (4") Höhe an dem anderen Satz Seiten 15. Die Geschwindigkeit der Luft durch den vertikalen, quadratischen Testabschnitt, der durch das Gehäuse 13 bestimmt war, wurde aus dem Verhältnis der jeweiligen Querschnittsflächen der Luftströmung des Ansaugkanals 11 und des quadratischen Testabschnitts berechnet.
• Drei (3) Polypropylenrohre 16 mit Nennweite 25,4mm (1") wurden als die im Abstand voneinander angeordnete Venturieinspeiserohre verwendet, wobei die Unterkanten 6,4mm (1/4") über der Fläche des Tablettbodens 12 lagen. Die die Flüssigkeit leitenden Venturirohre 16 ragten durch die 100mm (4") Seitenwände des Gehäuses 15. Die die Flüssigkeit leitenden Venturirohre 16 waren an der dem Fallrohr zugewandten Seite 19 verschlossen, so daß von dem Tablettboden abfließende Flüssigkeit in die Rohre nur von der dem Einlaßzuführungspunkt 7 benachbarten Seite eintreten konnte. Jede der drei Venturieinspeiserohre wies zehn (10) 2,38mm (3/32") Löcher 20 auf, fünf auf jeder Seite, horizontal angeordnet und gleichförmig 180º versetzt zueinander im Abstand angeordnet, wodurch ermöglicht wurde, Wasser in das Gas in rechten Winkeln zu der vertikalen, nach oben gerichteten Gasströmungsrichtung einzuspelsen.
• Eine einzelne Reihe von fünf (5) stranggepressten Polypropylenrohren aus offenem Gitterwerk, Durchmesser 35mm (1-3/8"), Länge 165mm (6-1/2"), kommerziell unter dem Namen "Vexar"-Rohre erhältlich, waren aneinander anstoßend in einem Feld am Oberteil des offenen vertikalen Gehäuses 13, senkrecht zu den Venturieinspeiserohren angeordnet. Die Unterseiten der Vexar Rohre waren in tangentialem Kontakt mit den 82,6mm (3-1/4") hohen Seiten 15 des vertikalen Gehäuses, die senkrecht zu der Länge der durchbrochenen Rohre waren. Die Seiten des Kontaktbehältnisses 14 auf den zwei Seiten parallel zu der Länge der Vexar Rohre erstreckten sich 100mm (4") über die Unterseite des Tablettbodens 12 und leicht über den Mittelpunkt der Reihe der Vexar Rohre 21. Diese Anordnung leitete die Umlaufflüssigkeit, die von den Sprühnebelumlaufrohren in rechten Winkeln zu der allgemeinen Querstromrichtung der Flüssigkeit über das Tablett ausging. Der Tablettboden 12 wies ein einzelnes Fallrohr 22 auf, bestehend aus einem zylindrischen Überlaufabfluß mit dem Durchmesser 25,4mm (1"), der sich 57,2mm (2-1/4") oberhalb des Bodens des Tabletts 12 und 76,2mm (3") unterhalb des Tabletts erstreckte. Die Höhe des Überlaufrohrs 22 (Fallrohr) über dem Tablettboden war 57,2mm (2-1/4"), auf diese Weise wurde ein konstanter hydrostatischer Druck für die Venturieinspeiserohre 16 bereitgestellt. Um eine wirksame Abdichtung gegen Gaseintritt bereitzustellen, war das Fallrohr am unteren Ende mit einem Dichtnapf 23 versehen. Das Fallrohr war um 180º von dem Wassereinlaß versetzt angeordnet. Die durchschnittlichen Flüssigkeitsverweilzeiten auf dem Tablett wurden durch Einspeisen von vier (4) Tropfen grüner Speisefarbe in den Wassereinlaß 7 über einen Zeitraum von 16 Sekunden und daraufhin durch Messen des Zeitraums, in dem die Farbe sichtbar aus der Flüssigkeit im Bereich des Tablettfallrohrs 22 verschwindet, gemessen. Zwei Sätze vergleichbarer Verweilzeitläufe wurden gemacht:
• (a) mit Luftströmung und einem Flüssigkeitssprühnebelumlauf Venturirohr/durchlochtes Rohr bei einer Flüssigkeitsdurchsatzrate von l,91/min (0.5 GPM), und
• (b) ohne Luftströmung und einem Flüssigkeitsdurchsatz von 1,91/min (0.5 GPM), wobei aber die Eingänge der Venturirohre verschlossen waren. Vier Tests der Zeit zum Verschwinden der Farbe wurden bei jedem der zwei Zustände (a) und (b) durchgeführt, und die Zeiten wurden gemittelt, um eine mittlere Zeit zu erhalten.
• Die Referenzläufe, durchgeführt mit einer Flüssigkeitsströmung von 1,91/min (0.5 GPM) über das Tablett, aber ohne Luftströmung und wobei die Flüssigkeitseingänge der die Flüssigkeit leitenden Venturirohre verschlossen waren, ergaben eine durchschnittliche Zeit zum Verschwinden der Farbe von 98 Sekunden. Eine theoretische Flüssigkeitsverweilzeit, unter der Annahme einer Strömung bei Verschluß und ohne Vermischung, wurde aus der Messung des Flüssigkeitsvolumens auf dem Tablett außerhalb des Venturi / Sprühnebelumlaufbehältnisses mit den Abmessungen 152,4mm x 152,4mm (6" x 6"). Die Wassertiefe bei einer Flüssigkeitsströmung von l,91/min (0.5 GPM) im Zustand (b) bei Null Gasdurchsatz und mit den verschlossenen Venturirohren, wurde mit 58,7mm (2-5/16") gemessen. Das Volumen der auf dem Tablett verweilenden Flüssigkeit wurde aus dieser Tiefe zu 2,45 Liter (0.647 Gallonen) bestimmt. Das Dividieren dieses Werts durch die Strömungsrate 1,9 Liter/Minute (0.5 GPM), ergab eine theoretische Verweilzeit ohne Vermischung von 78 Sekunden. Die experimentell bestimmte Referenzfarbverweilzeit von 98 Sekunden war daher nur 20 Sekunden länger als die Verweilzeit unter der Annahme einer Strömung bei Verschluß.
• Mit durch den offenen quadratischen Abschnitt, Abmessungen 152,4mm x 152,4mm (6" x 6") strömender Luft, bei einer Geschwindigkeit von 218 m/min (715 Fuß pro Minute), einem Druckverlust über die Kontaktstufe von 33mm (1.3") Wassersäule, war die durchschnittliche Zeit für das Verschwinden der Farbe 286 Sekunden. Dieser Wert betrug das 3,67 fache der theoretischen Zeit bei Verschluß und das 2,88 fache der gemessenen Farbverweilzeit ohne Umlauf. Die Sprühnebelumlaufrate war daher das 2,9 fache der Flüssigkeitsdurchsatzrate. Da die Flüssigkeitsdurchsatzrate 1,91/min (0.5 GPM) war, bedeutet das gemessene Umlaufverhältnis von 2,9, daß die Sprühnebelumlaufrate 5,45l/min (1.44 GPM) war. Die Querschnittsfläche der Gasströmung, 152,4mm x 152,4mm (6" x 6"), betrug 0,023 Quadratmeter (0.25 Quadratfuß), so daß die Sprühnebelumlaufrate 237 Liter/min/Quadratmeter (5.76 GPM/Quadratfuß) war, was ein relativ hoher Wert ist. Es sollte bemerkt werden, daß diese Flächenströmungsrate typisch für Durchsatzraten von Füllkörpersäulenkontaktierern ist, in dem Fall der vorliegenden Erfindung aber ist diese Rate eine Flüssigkeitstropfensprühnebelrate, wobei die Flüssigkeitstropfen eine von vornherein größere Kontaktfläche haben als die herabfallende Schicht der Füllkörpersäule.
Kennzeichnendes Beispiel 2
• Die Sprühnebelumlaufrate ist eine Funktion der Flüssigkeitseinspeiserate von den die Flüssigkeit leitenden Venturirohren und der mitführenden Gasgeschwindigkeit. Die Einspeiserate der Flüssigkeit von den die Flüssigkeit leitenden Rohren kann durch die Größe und Anzahl der Einspeiseöffnungen oder Überlaufwehre gesteuert werden, und deren Anzahl und Anordnung im anfänglichen konstruktiven Aufbau. Um den Bereich des Sprühnebelumlaufs in der Vorrichtung dieser Erfindung zu untersuchen, wurde die Vorrichtung des Beispiels 1 mit einem Satz unterschiedlicher Venturieinspeiserohre verwendet. Die ersetzten Einspeiserohre bestanden aus drei (3) der Polypropylenrohre "Vexar" mit dem Durchmesser 34,9mm (1-3/8"), die als Abfangrohre im Beispiel 1 verwendet wurden. Die untere Hälfte der Rohre wurde mit druckempfindlicher Aluminiumfolie abgedichtet, um jedes Rohr zum Äquivalent von V- Kerbförmigen Überlaufwehren mit hoher Flüssigkeitsstromkapazität zu machen. Bei einer Gasgeschwindigkeit durch das vertikale Gehäuse von 114 Metern/min (375 fpm) und Flüssigkeitsdurchsätzen von 3,8 l/min (1 GPM), 7,6 l/min, 9,5 l/min und 38 l/min (2 GPM, 2.5 GPM und 10 GPM) wurden große Flüssigkeitsumlaufraten beobachtet, die visuell zwischen 38 l/min und 115 l/min (10 GPM und 30 GPM) im Vergleich mit den Beobachtungen und direkten Messungen des Beispiels 1 abgeschätzt wurden. Die Flüssigkeitsumlaufraten waren proportional zu der Überschwemmung der Überlaufwehre, die von vernachlässigbar bei 3,8 l/min (1 GPM) Durchsatz bis zu 95,3mm (3-3/4") bei 38 l/min (10 GPM) Durchsatz variierte. Entsprechende Tablettdruckverluste bei einer Gasgeschwindigkeit von 114 Metern/min (375 fpm) variierten von 41,9mm (1.65") Wassersäule bei 3,8 l/min (1 GPM) Durchsatz zu nur 66mm (2.6") Wassersäule bei 38 l/min (10 GPM) Durchsatz. Sprühnebelumlaufverhältnisse waren nach visueller Beurteilung im Bereich von 20 zu 1 bei den niedrigeren Durchsätzen, bis zu 3 zu 1 bei den höheren Durchsätzen. Tests der Variation der Gasgeschwindigkeit bei konstanter Flüssigkeitsdurchsatzrate von 3,8 l/min (1 GPM) zeigten, daß der Betrieb des Tabletts unterhalb einer Geschwindigkeit von 365 m/min (1200 fpm) vollständig stabil war, wobei der Druckverlust um 100 mm (4") Wassersäule betrug. Oberhalb von 366 m/min (1200 fpm) bei einem Flüssigkeitsdurchsatz von 3,8 l/min (1 GPM) war ein Schwanken der Gasströmung wahrnehmbar und Überflutung wurde bei etwa 457 m/min (1500 fpm) beobachtet.
• Diese Tests zeigten, daß die die Flüssigkeitseinspeise- und Umlaufrate zu einer Funktion der Flüssigkeitsdurchsatzrate gemacht werden kann, indem man die Überlaufrohre der Platte so bemißt, daß sie bei der gewünschten Durchsatzrate überschwemmt sind. Diese Betriebsart wird bevorzugt, wenn es erwünscht ist, Sprühnebelumlaufraten proportional zum Durchsatz zu halten, so daß man einen im wesentlichen konstanten Wirkungsgrad über einen veränderlichen Flüssigkeitsdurchsatzbereich erhält. Eine solche Charakteristik, dem Fachmann als "Breitbereichsverhältnis" bekannt, ist bei den meisten Destillierungs- und Absorptionsanwendungen höchst wünschenswert.
• Die Tests des Beispiels 2 zeigen ebenfalls, daß die Überschwemmung der Überlaufwehre, abgestimmt auf Venturirohre hoher Kapazität zur Einspeisung von Flüssigkeit, eine Steuerung des Umlaufverhältnisses liefert. Große Verhältnisszahlen von Sprühnebelumlaufraten zu Flüssigkeitsdurchsatzraten sind insbesondere vorteilhaft bei Gasabsorption oder Desorption, wobei die Massenübergangskoeffizienten mit ansteigenden Flüssigkeit/Gas Verhältnisszahlen ansteigen. Die größeren Verhältnisse, die in diesen Tests beobachtet wurden, sind in Kontaktieranordnungen wie Füllkörpersäulen aufgrund der Beschränkungen der Überschwemmung bei Gegenstrom nicht möglich. Die Vorteile der großen Flüssigkeit/Gas Verhältnisszahlen würden ebenfalls in Fällen zum Tragen kommen, bei denen eine lange Verweilzeit unter wirkungsvollen Kontaktbedingungen pro Flüssigkeitsdurchsatzeinheit erforderlich ist. Beispiele dieser Art von Anwendung sind das Entfernen von gelösten Gasen und das Entfernen von teilweise löslichen organischen Komponenten, wie beispielsweise Phenol und Tertmethylbutylether, aus verunreinigtem Grundwasser.
• Die beobachtete Abhängigkeit der Flüssigkeitsumlaufrate auf dem Tablett von der Gasgeschwindigkeit ist grundlegend einzigartig. Im Wesentlichen ist das Tablett in bezug auf das Flüssigkeit/Gas Verhältnis selbst justierend. Das heißt, daß ein Anstieg der Gasgeschwindigkeit die Venturisaugrate und auf diese Weise die Flüssigkeitssprühnebelumlaufrate erhöht. Umgekehrt verringert eine Verringerung der Gasgeschwindigkeit die Venturisaugrate, was die Flüssigkeitsumlaufrate verringert und auf diese Weise das Flüssigkeit/Gas Verhältnis innerhalb im wesentlichen konstanter Grenzen, unabhängig vom Durchsatz des Turms, hält.
Kennzeichnendes Beispiel 3
• In diesem Test wurde die Vorrichtung mit hoher Umlaufkapazität des Beispiels 2 für einen Test eines Felds anisotroper, mit geschichtetem Netz aufgebauter, strömungsbeschränkender Barrieren verwendet. Die durchlochte Vexar Röhrenreihe zum Abfangen des Sprühnebels, wurde durch 7 Doppelschichten gestricktes und gebogenes 0,28 mm (11 mil) Drahtnetz aus nichtrostendem Stahl ersetzt, mit einer ursprünglichen Dichte von 192 kg pro Kubikmeter (12 Pfund pro Kubikfuß). Die Schichten waren so angeordnet, daß die Verbiegung in wechselnden Schichten umgekehrt war, wodurch sich höhere freie Durchgänge in horizontaler Richtung als innerhalb der Netzschicht selbst ergaben, und auf diese Weise ein Kissen mit anisotropen Eigenschaften des Strömungswiderstands bereitgestellt wurde. Das heißt, daß der Strömungswiderstand des Kissens in horizontaler Richtung geringer war als in der vertikalen Richtung. Die horizontalen Passagen zwischen den Netzschichten waren zu den Seiten des Kissens hin offen und waren im wesentlichen an allen vier Seiten des Netzkissens gleich verteilt. Das Netz wurde zwischen Polypropylengittern, 12,7 mm (1/2") dick, mit 12,7mm x 12,7mm (1/2" x 1/2") Öffnungen anstelle der Sprühnebelabfangrohre des Beispiels 2, am Oberteil des vertikalen Gehäuses angebracht.
• Bei einem Flüssigkeitsdurchsatz von 3,8 l/min (1 GPM) und einem mit dem Überlaufrohr ebenem Flüssigkeitsniveau auf dem Tablett wurde die Gasströmungsgeschwindigkeit in dem vertikalen Gehäuse von 114 m/min zu 154 m/min (375 fpm zu 505 fpm) variiert, entsprechend Druckverlusten von jeweils 46 mm und 51 mm (1.8" und 2") Wassersäule. Es wurde beobachtet, daß Flüssigkeitssprühnebel aus allen Seiten des Netzes mit offensichtlich gleichen und extrem hohen Strömungsraten ausgestoßen wurde. Es war ebenfalls offensichtlich, daß der Sprühnebel, der zwischen den Venturirohren erzeugt wurde, durch die nachfolgenden Schichten des Netzkissens zum Zusammenfließen gebracht und neugebildet wurde. Eine visuelle Untersuchung zeigte, daß die laterale Flüssigkeitsströmung zwischen allen Schichten des Kissens ausströmte. Ein Vergleich mit den Daten der Tests des Beispiels 2 zeigte, daß die Umlaufströmung des Sprühnebels, ausgehend von dem Netz, im Bereich von 19 l/min bis 38 l/min (5 GPM bis 10 GPM) lag.
• Die Vorrichtung dieser Erfindung stellt einen zyklischen Prozess der Sprühnebelerzeugung, Sammlung, Neubildung und Umleitung in gesteuerter Art und Weise bereit. Abwandlungen des oben beschriebenen Verfahrens der Erfindung können eine ausgewählte Variation des Flüssigkeitsumlaufverhältnisses, der Umlaufschleifenverweilzeit und der Flüssigkeitsumlaufrichtung auf dem Kontakttablett bewirken. Die einfache Erzielung nicht zufälliger Sprühnebelumlaufraten, bei großen Verhältnissen gegenüber dem Tablettflüssigkeitsdurchsatz, wie durch die Testergebnisse gezeigt, zeigt die Nützlichkeit und die Möglichkeiten der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung auf.
• Die zulässige Gasgeschwindigkeit bei herkömmlichen Sieb- oder Fraktionierbodenglockentabletteinheiten liegt typischerweise im Bereich von 15-60 m/min (50-200 fpm) lineare Luftäquivalentgeschwindigkeit. Wie durch die lineare Gasgeschwindigkeit von 366 m/min (1200 fpm) in dem kennzeichnenden Beispiel 2 angezeigt, ist der Geschwindigkeitsbereich bei dem Verfahren dieser Erfindung bei der Verwendung des Kontakttabletts der Erfindung wesentlich größer als bei herkömmlichen Massenübergangsverfahren. Die Gasbehandlungskapazität für einen gegebenen Strömungsquerschnitt der Vorrichtung dieser Erfindung ist demgemäß mehrere hundert Prozent größer als bei einer herkömmlichen Flüssigkeit/Gas Kontaktiervorrichtung.
• Weiterhin zeigt der Druckverlust von 33mm (1.3") Wassersäule bei 218 m/min (715 fpm) linearer Luftgeschwindigkeit im kennzeichnenden Beispiel 1, und der Druckverlust von 100mm (4") Wassersäule bei 366 m/min (1200 fpm) linearer Gasgeschwindigkeit im kennzeichnenden Beispiel 2, eine vergleichsweise niedrige Druckverlustcharakteristik der Vorrichtung dieser Erfindung bei hohen linearen Gasgeschwindigkeiten. Dieser niedrige Energiebedarf für die Gasströmung rührt von dem Fehlen eines die Gasströmung beschränkenden hydrostatischen Drucks in der Vorrichtung dieser Erfindung her, verglichen mit dem Vorhandensein von solchen hydrostatischen Drücken bei herkömmlichen Fraktionierbodenglocken- und Siebtablettkontaktierern. Das Sprühnebelumlaufverhältnis ist eine Funktion der Gasgeschwindigkeit; das Umlaufverhältnis und die Erzeugung neuer Grenzschichtkontaktfläche vergrößert sich bei Vergrößerung der Gasgeschwindigkeit, und hält oder vergrößert auf diese Weise den Massenübergangswirkungsgrad der Vorrichtung mit der Vergrößerung der Gasströmung, was ein einzigartiges und überraschendes Merkmal ist.

Claims (18)

1. Gas-Flüssigkeit Kontaktiervorrichtung, die aus einem vertikal angeordnetem Behälter (1) besteht, der wenigstens ein horizontales Tablett (2), Mittel (4) zur Zuführung von Flüssigkeit zu, und Mittel (22) zum Entfernen von Überlauf von dem Tablett (2) und wenigstens ein vertikal angeordnetes Gehäuse (13) darauf aufweist, das gegenüber Gasströmung am Oberteil und am Unterteil offen ist und das ein horizontal angeordnetes Feld von Flüssigkeitsleitern (16) einschließt, in im wesentlichen paralleler Anordnung auf dem Niveau des Tabletts und so im Abstand voneinander angeordnet, um verengte Venturi Durchgänge für die nach oben gerichtete Strömung des Gases dazwischen zu bewirken, wobei die Leiter Mittel (20) zur Zuführung von Flüssigkeit von dem Tablett (2) in das Gas haben, wodurch eine Ausbildung eines nach oben gerichteten Flüssigkeitssprühnebels durch das Gas bewirkt wird, und wobei oberhalb der Flüssigkeitsleiter (16), getragen auf dem Gehäuse und die Querschnittsfläche des Gehäuses (13) einnehmend, horizontal angeordnete durchlochte, strömungsdurchlässige und strömungsbeschränkende Elemente (21) angeordnet sind, die durch einen Raum hoher Durchlässigkeit mit niedrigem Strömungswiderstand getrennt sind, der zu dem Raum zwischen dem Behälter (1) und dem vertikalen Gehäuse (13) hin offen ist und auf diese Weise laterale Kanäle, senkrecht zu dem nach oben gerichteten Gasstrom in dem Behälter, bilden, wobei die Kanäle die Strömung eines Hauptteils des Gases und Sprühnebels zu dem Raum außerhalb des Gehäuses (13) und gegen die innere Wand des Behälters (1) bewirken, wobei mitgeführte Flüssigkeit von dem Gas getrennt wird und die so abgetrennte Flüssigkeit den Flüssigkeitsleitern (16) und dem Kontakt mit dem fortlaufend eingeführten Gas zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die strömungsbeschränkenden Elemente (21) aus einem anisotropen, geschichtetem Material mit einem, bezogen auf den Strömungswiderstand in vertikaler Richtung, niedrigem Strömungswiderstand in horizontaler Richtung bestehen, wobei das anisotrope, geschichtete Material Kanten hat, die zu dem Volumen zwischen dem Behälter (1) und dem Gehäuse (13) hin offen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die strömungsbeschränkenden Elemente (21) aus gestrickten Netzschichten bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die strömungsbeschränkenden Elemente (21) aus Schichten gewobenen Siebs bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes horizontale Tablett (2) mit wenigstens einem Fallrohr (4), das außerhalb einer Wand des vertikalen Gehäuses (13) angeordnet ist, um dem Tablett (2) Flüssigkeit zuzuführen, und Mitteln (22) versehen ist, um Flüssigkeit von dem Tablett (2) überlaufen zu lassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vertikal angeordnete Behälter (1) eine Anzahl der horizontalen Tabletts (2) enthält, die eines über dem anderen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Feld von Flüssigkeitsleitern aus Rohren (16) besteht, die Mittel (20) zum Ausfließen von Flüssigkeit in Form von Öffnungen und Überlaufwehren entlang den Seiten jedes Rohrs haben, um so Flüssigkeit transversal in die nach oben gerichtete Gasströmung zwischen den Rohren einzuspeisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die im wesentlichen parallelen Flüssigkeitsleiterrohre (16) so im Abstand voneinander angeordnet sind, um eine Venturieinschnürung der nach oben gerichteten Gasströmung zwischen den Rohren und ein Ansaugen von Flüssigkeit, die aus den Rohren (16) strömt, zu einem Flüssigkeitssprühnebel in dem Gas zu bewirken.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die strömungsbeschränkenden Elemente (21) Rohre (21) aufweisen, die im wesentlichen in linienförmigen Kontakt zueinander stehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Ende jedes Rohrs (21) offen ist und das andere Ende geschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das offene Ende jedes Rohrs (21) an dem Ende ist, das dem offenen Ende des benachbarten Rohrs gegenüberliegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die offenen Enden der Rohre (21) benachbart sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9,11 oder 12, wobei die Rohre (21) an beiden Enden offen sind und die Mittel zur Zuführung von Flüssigkeit zu dem Tablett (2) und um Flüssigkeit hiervon überlaufen zu lassen, an gegenüberliegenden Seiten des vertikalen Gehäuses (13), auf einer Linie senkrecht zu der Ausrichtung des horizontalen Felds von durchlochten Rohren (21), angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Flüssigkeitsüberlaufmittel (22) auf jedem horizontalen Tablett (2) zwischen 90º bis 180º versetzt zu der vertikalen Ebene, die durch die offenen Enden der durchlochten Rohre (21) bestimmt ist, angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Rohre (21) aus einem synthetischen Harz bestehen, das so geformt ist, um ein zylindrisches Gitter von Zwischenräumen für den Durchgang von Sprühnebel zu bilden.

16. Verfahren zum Massenübergang von Substanzen zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas, das folgende Schritte umfasst: Einführen von Flüssigkeit mit einer vorbestimmten Rate zu einem Tablett, das Rohre zur Leitung von Flüssigkeit aufweist, die so im Abstand voneinander angeordnet sind, um eine Gasventuriströmung zu erzeugen, nach oben gerichtetetes Durchführen eines Gases zwischen den Rohren, Ansaugen von Flüssigkeit aus Öffnungen in den Rohren durch Gasventuriansaugung mit einer Rate, die vielfach größer ist als die anfängliche Rate der Einführung von Flüssigkeit zu dem Tablett, hierdurch Bewirken eines Flüssigkeitssprühnebels in paralleler Strömung zu dem Tablett, hierdurch Bewirken eines Flüssigkeitssprühnebels in paralleler Strömung in dem Gas; Durchführen des Gases und des enthaltenen Sprühnebels durch ein erstes strömungsbeschränkendes Element, das den Sprühnebel teilweise zusammenfließen läßt und neu bildet; Durchführen des Gases und neugebildeten Sprühnebels in ein Volumen relativ hoher Durchlässigkeit zwischen dem ersten strömungsb eschränkenden Element und einem zweiten strömungsbeschränkendem Element, wodurch das Gas und der Sprühnebel veranlasst werden, lateral durch das Volumen hoher Durchlässigkeit zwischen den Elementen zu strömen; Sammeln des von dem Volumen hoher Durchlässigkeit ausgestoßenen Sprühnebels und Gases und Abscheiden des Sprühnebeis durch Auftreffen auf eine ebene Fläche und Veranlassen der davon stammenden Flüssigkeit zu einem Sprühnebeikontakt in paralleler Strömung mit einer weiteren Menge des Gases umzulaufen, bei einer Flüssigkeitsrate, die vielfach höher ist als die anfänglich vorbestimmte Einführungsrate der Flüssigkeit zu dem Tablett; Abziehen der so behandelten Flüssigkeit von dem Kontakt mit dem einströmenden Gas und des so behandelten Gases von dem Kontakt mit der einströmenden Flüssigkeit.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die lineare Gasgeschwindigkeit im Bereich von 122 m/min bis 244 m/min (400 bis 800 Fuß pro Minute) liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Sprühnebelumlaufrate zwischen 165 und 2881/(min m²) (4 und 7 Gallonen Flüssigkeit pro Minute pro Quadratfuß der Gasströmungsquerschnittsfläche) liegt.