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Die Erfindung betrifft eine Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung.
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Perforierte Böden mit Ablaufschächten gehören zur den am meisten
verwendeten Einbauten von industriellen Kolonnen, um ein Gas und
eine Flüssigkeit miteinander in Kontakt zu bringen. In einer
derartigen Kolonne fließt die Flüssigkeit über die Böden und
durch den Ablaufschacht von Boden zu Boden hinunter, während Gas
nach oben durch die Böden dringt und die sich darauf befindende
Flüssigkeit aufschäumt. Bei niedrigen
Flüssigkeitsfließgeschwindigkeiten wird gewöhnlich ein einziger Ablaufschacht für jeden
Boden verwendet. Bei hohen Flüssigkeitsfließgeschwindigkeiten,
wie im Fall der Druckdestillation und Absorption, kann es jedoch
sein, daß ein Ablaufschacht nicht ausreicht, um den
Flüssigkeitsstrom zu bearbeiten, und der Ablaufschacht überflutet wird.
Daher müssen für jeden Boden mehrere Ablaufschächte eingebaut
werden, siehe z. B. "Use of Multiple Downcomer Trays to Increase
Column Capacity", Union Carbide Corporation, 1983. Mehrere
Ablaufschächte sind gewöhnlich so angeordnet, daß sie die
fließende Flüssigkeit auf dem Boden in zwei, vier oder sogar sechs Wege
auftrennt, d. h. die fließende Flüssigkeit wird in eine Anzahl
unterschiedlicher, kürzerer Ströme aufgetrennt, die jeweils in
einen anderen Ablaufschacht fließen. Die Nachteile dieser
herkömmlichen Anordnung können nach den folgenden drei
Gesichtspunkten eingeteilt werden: (1) Die komplizierte Struktur
erhöht die Konstruktionskosten, (2) der kurze
Flüssigkeitsdurchtritt reduziert die Flüssigkeit/Dampfkontaktzeit auf jedem
Boden und verringert damit den Wirkungsgrad des Bodens und (3)
es ist fast unmöglich, den Flüssigkeitsstrom auf einem Boden
gleichmäßig in zwei, vier oder sechs Wege aufzutrennen, und so
kann es auf jedem Boden zu einer starken
Dampf/Flüssigkeit-Mißverteilung kommen.
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Ein Überfluten des Ablaufschachtes kann durch viele Faktoren
verursacht werden, wie einen hohen Druckabfall auf dem Boden,
eine übermäßig große Fluidreibung in jedem Ablaufschacht usw.
Der Reibungsverlauf am oberen Ende im Eintrittsbereich jedes
Ab
laufschachtes ist jedoch wahrscheinlich der bedeutendste.
Demzufolge wird die Kapazität des Ablaufschachtes wahrscheinlich
hauptsächlich durch die Reibung am Eintrittsbereich begrenzt.
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Es besteht ein Bedarf an einer
Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung, in der eine Erhöhung der Bodenkapazität durch eine
Erhöhung der Kapazität zur Bearbeitung von Flüssigkeit in dem
Ablaufschacht und eine Reduktion des Reibungsverlustes am oberen
Ende in seinem Eintrittsbereich erzielt wird.
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Unsere EP-A-386 961 beschreibt eine
Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung, in der ein einfacher offener Ablaufschacht durch einen
Ablaufschacht ersetzt wird, der einen Auslaß aufweist, der sich
oberhalb des Pegels der aufgeschäumten Flüssigkeit befindet.
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Erfindungsgemäß wird eine Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung
bereitgestellt, aufweisend ein sich nach oben erstreckendes
Gehäuse und eine Reihe perforierter Böden, die das Gehäuse in
unterschiedlichen Höhen unterteilen und Ablauföffnungen für
Flüssigkeit aufweisen, um zu bewirken, daß die in dem Gehäuse
ablaufende Flüssigkeit im Betrieb über die Böden fließt, während
sie auf den Böden durch das Gas aufgeschäumt wird, um mit diesem
in Kontakt zu treten, das in dem Gehäuse nach oben aufsteigt und
durch die Perforationen der Böden tritt, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder perforierte Boden ein Überlaufwehr aufweist, das die
Ablauföffnungen senkrecht zur Richtung des Flüssigkeitsstroms in
einen stromabwärts geordneten Ablaufschachteinlauf und einen
stromaufwärts geordneten Ablaufschachteinlauf unterteilt, wobei
ein stromabwärts angeordneter Ablaufschacht sich von dem
stromabwärts angeordneten Ablaufschachteinlauf zu einem Auslaß aus
dem stromabwärts angeordneten Ablaufschacht erstreckt und ein
stromaufwärts angeordneter Ablaufschacht sich von dem
stromaufwärts angeordneten Ablaufschachteinlauf zu einem
Flüssigkeitsauslaß erstreckt, der über dem Pegel des Flüssigkeitsschaums aus
dem stromabwärts angeordneten Ablaufschachtauslaß liegt, wobei
der stromabwärts angeordnete Ablaufschacht unterhalb des
stromaufwärts angeordneten Ablaufschachtes endet, und gekennzeichnet
durch eine perforierte Platte, auf der Flüssigkeit steht, um im
Betrieb einen Flüssigkeitspool der fließenden Flüssigkeit in
einem unteren Bereich des stromaufwärts angeordneten
Ablaufschachts auszubilden, und die Flüssigkeit aus dem Pool über
einen ungehinderten Flüssigkeitsstrom zu verteilen, der aus dem
stromabwärts angeordneten Ablaufschacht herausschäumt und über
den Böden unter der Platte fließt.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein
schaumzurückhaltendes Wehr auf der stromaufwärts gelegenen Seite
jeder Ablauföffnung vorgesehen.
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In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das
Gehäuse zylindrisch, jede Ablauföffnung als Kreissegment
ausgebildet, und das Überlaufwehr teilt die Ablauföffnung derart auf,
daß der Querschnitt des stromabwärts angeordneten
Ablaufschachtes als im Vergleich zu denen der Ablauföffnungen kleineres
Kreissegment ausgebildet ist.
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In wieder anderen Ausführungsformen ist für jeden perforierten
Boden eine trennende Ablenkplatte vorgesehen, die an einem Ende
gegen das Gehäuse abgedichtet ist und sich über besagten Boden
erstreckt, um einen Durchgang für den Schaum zwischen dem
anderen Ende und dem Gehäuse bereitzustellen, und wobei die
Ablauföffnungen der Böden für die Flüssigkeit so angeordnet sind, daß
die Ablaufschächte bewirken, daß die Flüssigkeit entlang einer
Seite jeder Ablenkplatte durch den Durchgang für den Schaum und
dann entlang der anderen Seite der Ablenkplatte zurückfließt.
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Zumindest ein stromaufwärts angeordneter Ablaufschacht kann als
Stufe zwischen einer oberen und einer unteren Steigleitung
ausgebildet sein, um den Querschnittsbereich des Durchgangs darin
in Richtung des Flüssigkeitsstroms durch diesen zu reduzieren,
und die Stufe kann perforiert sein, so daß sie durchlässig für
Flüssigkeit ist.
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Es kann eine Ablenkplatte vorgesehen sein, die eine sich nach
oben erstreckende Verlängerung der unteren Steigleitung bildet.
Der Bereich jedes perforierten Bodens, der sich direkt unter
jeder Ablauföffnung befindet, kann unperforiert sein, um eine
Ablenkplatte für das nach oben strömende Gas bereitzustellen.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind die Ausführungsformen der
Erfindung beispielhaft dargestellt.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines sich längs
erstreckenden Bereichs einer Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung,
wobei ein Bereich des Gehäuses entfernt ist, so daß das Innere
offenliegt,
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Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer experimentellen
Vorrichtung, die verwendet wird, um die vorliegende Erfindung zu
untersuchen,
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die Fig. 3 bis 6 sind Graphen, die die Gebrauchsbelastung
für die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms in bezug auf die
Schaumhöhe, bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten einer
vergleichbaren, einfachen, herkömmlichen, mit einem
Ablaufschacht versehenen Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung im
Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, und
Fig. 7 bis 9 sind schematische Ansichten unterschiedlicher
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung gezeigt,
die allgemein mit 1 bezeichnet wird und aufweist:
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a) ein sich nach oben erstreckendes Gehäuse 2,
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b) eine Reihe perforierter Böden 4 bis 7, die das Gehäuse 2 in
unterschiedlichen Höhen unterteilen und jeweils Ablauföffnungen
8 bis 11 für Flüssigkeit aufweisen, um zu bewirken, daß die in
dem Gehäuse 2 abfließende Flüssigkeit, wie es durch die Pfeile A
gezeigt ist, über die Böden 4 bis 7 fließt, während sie auf den
Böden 4 bis 7 durch das Gas aufgeschäumt wird, um mit diesem in
Kontakt zu treten, das in dem Gehäuse nach oben aufsteigt, wie
es durch die Pfeile B gezeigt ist, und durch die Perforationen
der Böden 4 bis 7 dringt, und
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c) für jeden perforierten Boden 4 bis 7,
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i) jeweils ein Überlaufwehr 12 bis 15, das die Ablauföffnung 8
bis 11 senkrecht zur Richtung A des Flüssigkeitsstroms durch
diese in einen stromabwärts angeordneten und einen
stromauf
wärts angeordneten Ablaufschachtzulauf unterteilt, wie jene, für
die Ablauföffnung 8, die mit 16 bzw. 17 bezeichnet sind,
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ii) ein stromabwärts angeordneter Ablaufschacht, wie der mit 18
bezeichnete, der sich von dem Ablaufschachtzulauf 16 zu einem
Auslaß 21 aus dem Ablaufschacht 18 erstreckt,
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iii) ein stromaufwärts angeordneter Ablaufschacht, wie der mit
20 bezeichnete, der sich von dem stromaufwärts angeordneten
Zulauf 17 zu einem Flüssigkeitsauslaß 22 erstreckt, der oberhalb
des Pegels der Flüssigkeit liegt, die aus dem stromabwärts
angeordneten Ablaufschachtzulauf 21 des stromabwärts angeordneten
Ablaufschachts 18 ausschäumt, und
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iv) eine den Flüssigkeitsstrom hemmende perforierte Platte, wie
die mit 24 bezeichnete, um im Betrieb einen Flüssigkeitspool der
fließenden Flüssigkeit in einem unteren Bereich des
stromaufwärts angeordneten Ablaufschachtes 20 zu bilden und die
Flüssigkeit über über einem ungehinderten Flüssigkeitsstrom zu
verteilen, der aus dem stromabwärts angeordneten Ablaufschacht 18
herausschäumt.
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In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 2 zylindrisch, jede
Ablauföffnung 8 bis 11 hat die Form eines Kreissegments und
jeder Überlauf 12 bis 15 unterteilt die jeweiligen
Ablauföffnungen 8 bis 11, so daß der Querschnitt des stromabwärts
angeordneten Ablaufschachts wie des mit 16 bezeichneten, als im Vergleich
zudem der Ablauföffnung 8 kleineres Kreissegment ausgebildet
ist.
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In einer modifizierten Ausführungsform kann der Bereich jedes
perforierten Bodens 4 bis 7, der sich direkt unter jeder
Ablauföffnung 8 bis 11 befindet, wie Bereich 19 unter der
Ablauföffnung 8, unperforiert sein, um eine Ablenkplatte für das nach
oben strömende Gas bereitzustellen.
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In einigen Ausführungsformen, wie sie später diskutiert werden,
ist ein schaumzurückhaltendes Überlaufwehr, wie das mit 26
bezeichnete für die Ablauföffnung 10, auf der stromaufwärts
gelegenen Seite jeder Ablauföffnung 8 bis 11 vorgesehen.
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Im Betrieb wird die Flüssigkeit einem oberen Bereich des
Gehäuses 2 zugeführt, so daß sie den Weg entlangfließt, der durch den
Pfeil A angegeben ist, und aus einem unteren Ende des Gehäuses 2
auf bekannte Weise austritt. Druckgas wird in einen unteren
Bereich des Gehäuses 2 eingeführt, so daß es entlang des Wegs, der
durch den Pfeil B angegeben ist, nach oben strömt und aus dem
oberen Ende des Gehäuses 2 auf bekannte Weise austritt.
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Wenn die Flüssigkeit über die perforierten Böden 4 bis 7 fließt,
wird sie durch das Gas, das nach oben strömt, aufgeschäumt und
dringt durch die perforierten Böden 4 bis 7, wodurch es einen
Oberflächenkontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas bewirkt.
Die aufgeschäumte Flüssigkeit bewegt sich über jeden Boden, wie
es durch den Pfeil A gezeigt ist, und ein erster Teil wird durch
die Wehre 12 bis 15 zurückgehalten, so daß er die
stromaufwärts angeordneten Ablaufschächte, wie den stromaufwärts
angeordneten Ablaufschacht 17, hinabfließt, während ein zweiter Teil
der aufgeschäumten Flüssigkeit über die Wehre 12 bis 15 fließt
und die stromabwärts angeordneten Ablaufschächte hinabfließt,
wie den stromabwärts angeordneten Ablaufschacht 16.
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Die aufgeschäumte Flüssigkeit, die die stromabwärts
angeordneten Ablaufschächte 16 hinabfließt, verläßt den Ablaufschacht
durch die Auslässe 21, so daß sie über den nächsten, unteren,
perforierten Boden fließt, und auf diesem aufgeschäumt wird.
Die aufgeschäumte Flüssigkeit fließt in den stromaufwärts
angeordneten Ablaufschacht 20, sammelt sich auf der den
Flüssigkeitsstrom hemmenden, perforierten Platte 24, und bildet einen
Flüssigkeitspool auf dieser gegen den nach oben gerichteten
Strom aus Gas durch den stromaufwärts angeordneten
Ablaufschacht 20. Flüssigkeit aus dem Pool wird auf der Flüssigkeit
versprengt, die aus dem Auslaß 21 ausgeschäumt wird.
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Schaumzurückhaltende Überläufe 26 können vorgesehen sein, um
dabei zu helfen, sicherzustellen, daß eine Schaumschicht mit
ausreichender Dicke auf jedem perforierten Boden 4 bis 7
beibehalten wird.
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In Fig. 2, die eine Vorrichtung zeigt, die verwendet wird, um
die vorliegende Erfindung zu untersuchen, werden mit den in Fig.
1 gezeigten vergleichbare Teile mit denselben Bezugszahlen
benannt, und es wird Bezug auf die vorausgehende Beschreibung
genommen, um sie zu beschreiben. In dieser Vorrichtung werden zwei
Testböden 4 und 5 verwendet.
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In Fig. 2 weist das Gehäuse 2, das aus einem transparenten
Harzmaterial besteht, ein oberes, mit Luft belüftetes Ende 30 und
eine untere mit Luft gefüllte Kammer 32 auf. Das obere Ende 20
weist einen Wassereinlaß 34 auf, der über eine Rotationspumpe
36, durch einen die Fließgeschwindigkeit messenden
Rota-Durchflußmesser 40 und 42, mit im Kreis geführten Wasser aus dem
Sammeltank 38 gespeist wird. Das untere Ende 32 weist
Wasserablaufrohre 44 bis 47 auf, um Wasser von einem perforierten Boden 48
durch die mit Luft gefüllte Kammer 32 in den Sammeltank 38
ablaufen zu lassen. Ein Rotationsluftgebläse 50 führt der
gefüllten Kammer 32 Druckluft zu. Die Strömungsgeschwindigkeit der
Luft aus dem Gebläse 50 wird mit einem Hitzdrahtanemometer 52
gemessen. Ein Manometer 54 wird verwendet, um den Druckabfall
der Luft zwischen dem Bereich des Bodens 5 und dem Bereich
oberhalb des Bodens 4 zu messen.
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Im Betrieb wird während der Untersuchungen Luft durch das
Gebläse 50 in die gefüllte Kammer 34 geblasen, während aus dem
Tank 38 Wasser zu dem oberen Ende des Gehäuses 2 durch den
Einlaß 34 im Kreis geführt wird.
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Um diese Untersuchungen zu beginnen, wird die
Fließgeschwindigkeit des Wassers auf einen gewünschen Wert festgelegt, so daß
das Wasser nach unten durch die Böden 4, 5 und 48 fließt. Das
Luftgebläse 50 wird dann angestellt und der Luftstrom nach und
nach erhöht, bis durch das transparente Gehäuse 2 beobachtet
wird, daß die Böden mit dem geschäumten Wasser überflutet
werden.
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Die Untersuchungen werden hauptsächlich im Hinblick auf die
Wirkung auf die Gebrauchsbelastung des Ablaufschachtes in bezug auf
die Länge der Aufhängung und den Boden, das offene Ende, den
Querschnitt des Ablaufschachtes durchgeführt.
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Die Untersuchungen, die Fließgeschwindigkeiten der Luft und des
Wassers, der Druckabfall in einem Boden und die Schaumhöhe,
werden aufgezeichnet. Die Ergebnisse werden mit einer
herkömmlichen, vergleichbaren Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung
verglichen, die lediglich Platz für einen stromabwärts angeordneten
Ablaufschacht aufweist.
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Die folgenden Untersuchungen werden durchgeführt und die
Ergebnisse, die aus ihnen erhalten werden, werden angegeben.
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In den Graphen der Fig. 3 bis 6 der Ergebnisse aus den
Untersuchungen wird die folgende Nomenklatur verwendet:
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Cb = Belastungsfaktor des Ablaufschachtes = Vb(pV/(p&sub1; - pV) 0,5
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SDC = Zweistufiger Ablaufschacht (stromaufwärts angeordneter
Ablaufschacht + stromabwärts angeordneter Ablaufschacht),
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E = Reibung am offenen Lochbereich am Boden des stromaufwärts
angeordneten Ablaufschachtes,
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GPM = US gallon pro Minute,
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L = Länge der Aufhängung des stromaufwärts angeordneten
Ablaufschachtes, (in (25,4 mm)),
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LW = Länge des Wehrs (in (25,4 mm)),
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Vb = Dampfgeschwindigkeit, bezogen auf den Schaumbereich
(ft/s (3,05 · 10&supmin;¹ m/s)),
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p&sub1; = Flüssigkeitsdichte (lb/ft³ (16,02 kg/m³)),
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pV = Dampfdichte (lb/fts³ (16,02 kg/m³)),
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= Oberflächenspannung der Flüssigkeit (dyn/cm (10&supmin;³ N/m))
a) Vergleich der Belastung eines einfachen und eines
zweistufigen Ablaufschachtes
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Fig. 3 zeigt graphisch einen Vergleich der Belastungen einer
einfachen herkömmlichen Ablaufschachteinrichtung, zu denen des
zweistufigen Ablaufschachtes des Anmelders. Der Belastungsfaktor
des Ablaufschachtes ist gegen die Fließgeschwindigkeit des
flüs
sigen Wassers, geteilt durch die Länge des Überlaufs (GPM/Lw),
aufgetragen. Es ist zu sehen, daß bei niedrigen
Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit die Belastung beider Vorrichtungen
fast gleich ist. Der Grund dafür liegt darin, daß bei
niedrigen Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit die klare Flüssigkeit
in dem stromaufwärts angeordneten Ablaufschacht des Anmelders
nicht ausreicht, um den Ablaufschachtboden abzudichten, und der
zweistufige Ablaufschacht dasselbe wie ein herkömmlicher
einfacher Ablaufschacht leistet. Mit ansteigender
Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird der stromaufwärts angeordnete
Ablaufschacht jedoch dicht und der stromaufwärts angeordnete
Ablaufschacht leistet einen Beitrag zu einer zusätzlichen
Belastung für die Handhabung der Flüssigkeit. Aus Fig. 3 ist zu
sehen, daß der Unterschied in der Belastung zwischen dem
einfachen und dem zweistufigen Ablaufschacht größer und größer mit
einem Anstieg der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird. Bei
einem Belastungsfaktor des Ablaufschachtes, Cb = 0,25, ist die
Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch den zweistufigen
Ablaufschacht 80% höher als jene durch den einfachen
Ablaufschacht, während bei einem konstanten molaren Fließverhältnis
Flüssigkeit zu Gas (d. h. L/V = Konstant, die Fließbelastung der
Flüssigkeit um 50% höher ist.
b) Wirkung des offenen Bodenbereichs des stromaufwärts
angeordneten Ablaufschachtes auf die Belastung des
zweistufigen Ablaufschachtes
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Bei dieser Untersuchung werden zwei unterschiedliche
Querschnittsbereiche (20 und 40%) am Boden des stromaufwärts
angeordneten Ablaufschachtes verwendet, um ihre Wirkung auf die
Belastung des Ablaufschachtes zu untersuchen. Fig. 4 zeigt, daß
die Belastung bei einer Öffnung von 20% größer ist als bei
einer mit 40%. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, daß bei
einem Öffnungsbereich von 40% am Boden des stromaufwärts
angeordneten Ablaufschachtes der Boden des Ablaufschachtes nicht
vollständig abgedichtet werden kann. Immer, wenn der
stromaufwärts angeordnete Ablaufschacht nicht abgedichtet ist, nimmt die
Belastung ab. Daher muß der offene Bereich des Bodens
sorgfältig ausgelegt werden. Ein zweckmäßiger offener Bereich wird
gewählt, indem die Gas/Flüssigkeit-Fließgeschwindigkeit, die
Eigenschaften des Systems, die Länge der Aufhängung des
Ablaufschachtes und der offene Bereich am oberen Ende berücksichtigt
werden. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß, wenn der
stromaufwärts abgeordnete Ablaufschacht 8 als Schleifen-Ablaufschacht
ausgelegt wird, wie hier später beschrieben wird, indem der
Querschnittsbereich an der Spitze größer als der am Boden ist,
berücksichtigt dies eine minimale Störung des Gasstroms, und
eine maximale Trennung von Gas/Flüssigkeit in dem Ablaufschacht.
c) Wirkung der Länge der Aufhängung des stromaufwärts
angeordneten Ablaufschachtes auf die Belastung des
zweistufigen Ablaufschachtes
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Es wird zunächst die Kapazität des zweistufigen Ablaufschachtes
mit einer Länge der Aufhängung von 7 in (näherungsweise 178 mm)
gemessen. Dann wird die Länge der Aufhängung auf 7 bis 4 in
(näherungsweise 100 mm) verkürzt. Die Wirkung der Länge der
Aufhängung des stromaufwärts angeordneten Ablaufschachtes auf die
Belastung ist in Fig. 5 gezeigt. Bei niedrigen
Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit können beide nicht gut abgedichtet
werden. Als Ergebnis ist ihre Belastung vergleichbar. Mit
ansteigender Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit zeigt der
Ablaufschacht mit einer Länge von 7 in jedoch eine höhere Kapazität,
da er besser abgedichtet werden kann, als der mit einer Länge
von 4 in. Tatsächlich beträgt der Druckabfall gewöhnlich mehr
als 3 in (näherungsweise 76 mm) Wasser, wenn der Boden
überflutet wird. Daher reicht die klare Flüssigkeit in dem
stromaufwärts angeordneten Ablaufschacht mit einer Höhe der Aufhängung
von 4 in nicht aus, um die Druckhöhe beizubehalten. Hieraus wird
klar, daß die Belastung des Ablaufschachts sich mit einem
Anstieg der Höhe der Aufhängung erhöht, solange die Reibung am
Eintritt des stromaufwärts angeordneten Ablaufschachtes kein
beeinflussender Faktor ist. Für die besten Ergebnisse sollte der
Schaum auf dem Boden darunter jedoch den Boden des stromaufwärts
angeordneten Ablaufschachtes nicht berühren.
d) Wirkung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit auf die
Kapazität (DC) des Ablaufschachtes
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Um die Wirkung der Oberflächenspannung auf die Belastung des
Ablaufschachtes zu untersuchen, wird das zugeführte Wasser, das
einen oberflächenaktiven Stoff im ppm-Bereich enthält,
untersucht. Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit wird zu 56 dyn/cm
(5,6 · 10&supmin;&sup6; Nm) bestimmt. Tabelle 1 zeigt, daß die Kapazität
sowohl des einfachen als auch des zweistufigen Ablaufschachtes
mit abnehmender Oberflächenspannung der Flüssigkeit abnimmt, daß
die Belastung des zweistufigen Ablaufschachtes des Anmelders
jedoch erheblich weniger abnimmt, als die eines herkömmlichen
einfachen Ablaufschachtes.
Tabelle 1 Wirkung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit
auf die Belastung des Ablaufschachtes Vb = 4,84
ft/s (näherungsweise 1,47 m/s)
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Oben wird die Oberflächenspannung σ von 72 dyn/cm (7,2 · 10&supmin;&sup6;
Nm) und 56 dyn/cm (5,6 · 10&supmin;&sup6; Nm) variiert.
e) Vergleich des Durchregnens und der Entleerung eines
Siebbodens mit einem einfachen und einem zweistufigen
Ablaufschacht
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Fig. 6 zeigt, daß sowohl der Punkt des Durchregnens als auch
der Punkt des Entleerens des Bodens mit dem zweistufigen
Ablaufschacht viel niedriger liegen als jene des Bodens mit einem
einfachen Ablaufschacht. Tatsächlich war es sehr schwer, den
Entleerungspunkt des Bodens mit zweistufigem Ablaufschacht zu
beobachten, da es kein Auslaßwehr für den stromaufwärts
angeordneten Ablaufschacht gibt und der größte Teil der Flüssigekeit auf
dem Boden durch den stromaufwärts angeordneten Ablaufschacht
tropft. Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases liegt
nur eine dünne Flüssigkeitsschicht auf dem Boden vor. Demzufolge
treten der Punkt des Durchregnens und der Punkt der Entleerung
bei dem Boden mit dem zweistufigen Ablaufschacht des Anmelders
bei sehr viel niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten des Gases
auf als bei denen mit einem herkömmlichen Ablaufschacht.
Schlußfolgerung
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Die Untersuchungsergebnisse zeigen, daß die Belastung erhöht
werden kann, indem der herkömmliche Ablaufschacht durch den
zweistufigen Ablaufschacht des Anmelders ersetzt wird. Es hat
sich herausgestellt, daß die Belastung des zweistufigen
Ablaufschachtes bei konstantem Flüssigkeit-Gas-Verhältnis um 50%
ansteigt und bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit des
Gases um 80%, Cb = 0,25. Die untere Grenze für den Bodenbetrieb
mit einem zweistufigen Ablaufschacht ist sehr viel niedriger als
die des herkömmlichen Ablaufschachtes. Dies führt zu einem viel
breiteren Betriebsbereich und einem höheren
Arbeitsbereichverhältnis für die Bodenkolonne. Der stromaufwärts angeordnete
Ablaufschacht sollte sorgfältig ausgelegt werden, so daß er
selbstdichtend ist. Es ist bevorzugt, daß der stromaufwärts
angeordnete Abschacht abgeschrägt ist, wie später beschrieben
wird, um eine Störung des Gasstromes zu minimieren.
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In Fig. 7 sind Teile, die mit den in Fig. 1 gezeigten
vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszahlen genannt, und es wird
Bezug auf die vorgehende Beschreibung genommen, um sie zu
beschreiben.
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In Fig. 7 ist eine Ablenkplatte 52 an einem Ende 54 gegen das
Gehäuse 2 abgedichtet und erstreckt sich über den Boden 4, um
einen Durchgang 55 für den Schaum zwischen dem anderen Ende 56
und dem Gehäuse 2 bereitzustellen. Und die Ablauföffnung für die
Flüssigkeit, wie 8 und 9, sind so angeordnet, daß sie bewirken,
daß die Ablaufschächte, wie 17 und 18, die Flüssigkeit entlang
einer Seite jeder Ablenkplatte 52, durch den Durchgang 55 für
Schaum und dann zurück entlang der anderen Seite der
Ablenkplatte 52, wie es durch die Pfeile gezeigt ist, fließen lassen.
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In Fig. 8 ist der stromaufwärts angeordnete Ablaufschacht 17 als
Stufe 56 zwischen einer oberen Steigleitung 58 und einer unteren
Steigleitung 16 ausgebildet, um den Querschnittsbereich des
Durchgangs darin in Richtung D des Flüssigkeitsstrom dadurch zu
reduzieren, und die Stufe 56 ist perforiert, so daß sie
flüssigkeitsdurchlässig ist.
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In Fig. 9, in der Teile, die mit jenen in Fig. 8 gezeigten
vergleichbar sind, mit denselben Bezugszahlen benannt sind, und in
der auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen wird, um
diese zu beschreiben, stehen die Steigleitungen 64 und 66
schräg, um nach und nach den Durchtrittsquerschnitt des
Ablaufschachtes in Richtung D des Flüssigkeitsstrom dadurch zu
reduzieren.
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Wenn es gewünscht ist, kann eine Ablenkplatte 68 vorgesehen
sein, die eine sich nach oben erstreckende Verlängerung der
unteren Steigleitung 66 bildet.
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Zum Rahmen der Erfindung gehört es, daß der stromaufwärts
angeordnete Ablaufschacht, der in Fig. 1 gezeigt ist, schräg
angeordnet wird, wie es gepunktet dargestellt und mit 70 bzeichnet
ist.
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Die vorliegende Erfindung kann nicht nur die Belastung der
herkömmlichen Böden mit 1, 2, 3 und 4 Durchgängen, sondern
ebenfalls die verbesserten Kreuzstromböden, wie sie in den
US-Patenten 5 047 179, 4 504 426 und 4 956 127 gezeigt sind,
verbessern.