Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Gestaltung und Konstruktion einer Dampf-Flüssigkeits-
Kontaktvorrichtung mit hoher Leistung, wie beispielsweise eine Vorrichtung, die in Kolonnen
für fraktionierte Destillation verwendet wird, um Trennungen flüchtiger chemischer
Verbindungen zu bewirken, die gewöhnlich als Böden für fraktionierte Destillation oder
Kontaktböden bezeichnet werden.
Hintergrund
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Böden für fraktionierte Destillation werden in großem Umfang in der
kohlenwasserstoffverarbeitenden, der chemischen und der petrochemischen Industrie eingesetzt. Demnach
wurde eine große Menge an Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sowie kreativem Denken
verbesserten Böden für fraktionierte Destillation gewidmet.
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Die meisten Böden haben runde Perforationen, die gleichmäßig über die Kontaktfläche
(Bodenfläche) des Bodens verteilt sind. Diese gestatten es, daß der aufsteigende Dampf
gerade aufwärts von der Oberfläche des Bodens aus strömt. Eine kleine Teilmenge von Böden
für fraktionierte Destillation benutzt mechanische Einrichtungen, um den Dampf in einer
speziellen Richtung zu lenken, während er aufwärts durch die Kontaktfläche des Bodens geht.
Ein Beispiel hierfür ist in der US-A-3 045 989 vorgesehen. Diese Literaturstelle zeigt
Perforationen, die schlitzartig ausgebildet als ein Mittel angesehen werden können, um aufsteigenden
Dampf dazu zu benutzen, den horizontalen Flüssigkeitsfluß je nach speziellen
Ausführungsformen in verschiedenen Richtungen zu lenken. In Fig. 4A sind die Schlitze in diametral
entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet, um das Konvergieren des Flüssigkeitsstromes an
einer Auslaßablaufvorrichtung 118' zu fördern.
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Die US-A-3 550 916 zeigt schlitzartige Öffnungen auf der aktiven Oberfläche eines
Fraktionierbodens, die so ausgerichtet sind, daß sie aufsteigenden Dampfstrom in der
Richtung der mit dem Boden verbundenen Auslaßablaufvorrichtung lenken. Die US-A-4 065 552
zeigt eine andere Anordnung für Fraktionierböden, bei denen Schlitze in der Bodenfläche
vorgesehen sind, um die Richtung von Gasen, die aus den Schlitzen austreten, zu lenken und
dabei Flüssigkeitsfluß in erwünschtem Muster über den Boden zu richten. In diesem Fall fließt
die Flüssigkeit alternierend in zentrifugaler und zentripedaler Weise. Ein Ziel der Erfindung ist
es, eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit über der Kontaktplatte zu gewährleisten.
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Die US-A-3 282 576 lehrt, wie beispielhalber in Spalte 5 dargestellt, daß Schlitze über
die Oberfläche eines Querstromsiebbodens angeordnet werden können, um den
Flüssigkeitsstrom über den Boden ohne Zuhilfenahme von Flüssigkeitsgradienten zu fördern. Die
schubkraftlenkenden Öffnungen der Schlitze sind in parallelen Reihen angeordnet und blicken
allgemein zu dem Flüssig keitsauslaß des Bodens. Die US-A-3 417 975 lehrt eine andere
Variante in der Fraktionierbodengestaltung, bei welcher der Bodenflächenabschnitt des Bodens
sowohl runde Perforationen als auch flußlenkende Schlitze umfaßt. Die in Fig. 1 dieser
Druckschrift und in Fig. 3 der oben zitierten US-A-3 282 576 gezeigten Schlitze sind ähnlicher
Natur wie jene, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In der
Vorrichtung der US-A-3 419 975 sind die flußlenkenden Schlitze ungleichmäßig über die
Bodenfläche beabstandet, um eine höhere Konzentrierung der Schlitze nahe dem Umfang des
Bodens zu bekommen.
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Die US-A-3 759 498 lehrt eine andere Fraktionierbodenanordnung, bei der sowohl
runde Perforationen als auch dampfienkende Schlitze verwendet werden. Die Anordnung der
Schlitze ist so beabsichtigt, daß die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in den Umfangsabschnitten
des Bodens erhöht wird, welche nicht auf einem direkten Fließweg zwischen dem Einlaß und
den Auslaßablaufvorrichtungen liegen. Die Ausrichtung der Schlitze lenkt Flüssigkeit in diese
sonst stagnierende Fläche und entfernt Flüssigkeit daraus und fördert so die
Gesamtwirksamkeit des Bodens. Es ist festzustellen, daß dieser Boden wie die obenzitierten Böden keinen
Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen umfaßt, der relativ eng beabstandete
Ablaufvorrichtungen hat, welche nicht durch ungleichmäßige Fließbilder beeinträchtigt werden.
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Die US-A-4 101 610 zeigt einen Querstrom-Fraktionierboden mit einer Bodenfläche,
die sowohl runde Perforationen als auch flußlenkende Schlitze umfaßt. Die flußlenkenden
Schlitze sind so angeordnet, daß sie die Flüssigkeit über den Boden zu der
Auslaßablaufvorrichtung lenken. Die Absicht ist die, stagnierende Bereiche auf der Oberfläche des Bodens zu
vermindern und das Flüssigkeitsgefälle über den Boden zu reduzieren.
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Die US-A-4 499 035 zeigt eine andere Anordnung auf der Oberfläche von Querstrom-
Dampf-Flüssigkeitskontaktböden, die sowohl runde Perforationen als auch die dampflenkenden
Schlitze auf den Bodenplatten des Boden verwenden. Diese Literaturstelle ist spezifisch für
schaumerzeugende oder blasenfördernde Einrichtungen am Flüssigkeitseintritt zu der
Bodenfläche von der Einlaßablaufvorrichtung her.
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Die Funktion der dampflenkenden Schlitze in diesen Literaturstellen ist verschieden von
jener in dem Boden nach der Erfindung mit mehreren Ablaufvorrichtungen. In den
Literaturstellen besteht eine grundsätzliche Verwendung der Schlitze darin, Flüssigkeitsgefälle über
den Boden zu reduzieren, welches ein Ergebnis langer Fließwege der Flüssigkeit sein kann.
Eine andere grundsätzliche Funktion von dampflenkenden Schlitzen nach dem Stand der
Technik war die, Flüssigkeit in die und aus den Bodenbereichen zu stoßen, die außerhalb des
unmmittelbaren Fließweges zwischen den Einlaß- und Auslaßablaufvorrichtungen lagen. Die
unterschiedliche Struktur von Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen beseitigt diese beiden
Grönde zur Verwendung von dampflenkenden Schlitzen in der Bodenfäche.
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Die CA-A-785 739 dürfte für die in den Fig. 3a und 3b gezeigte Bodenfächenstruktur
von Bedeutung sein. Die in diesen Figuren abgebildete Bodenoberfläche hat dampflenkende
Schlitze, die in verschiedenen Richtungen positioniert sind einschließlich Schlitzen, die in
diametral gegenüberliegende Richtungen weisen. Der Boden verwendet Schlitze, um
Flüssigkeitsfluß über den Böden zu fördern und Flüssigkeitshöhengefälle auf der Oberfläche des
Bodens zu verhindern oder zu vermindern.
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Die Verwendung von "aufstauchverhindernden" Prallplatten, die oberhalb des Einlasses
zu einer Auslaßablaufvorrichtung angeordnet sind, ist in der Technik bekannt, wie durch Fig.
10 in dem Ballastbodenhandbuch der Glitsch lncorporated (Bulletin Nr. 4900 - 4. Auflage,
copyright 194) erläutert ist.
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Die US-A-3 410 540 dürfte wegen ihrer Darstellung der Struktur eines bekannten
Bodens mit mehreren Ablaufvorrichtungen unter Verwendung der sehr charakteristischen
Ablaufvorrichtungsgestaltung ähnlich jener, die in dem Boden nach der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, relevant sein.
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Die US-A-4 174 363 beschreibt eine Gestaltung für kleine Metalinschlüsse, die auf
die obere Oberfläche von Böden geschraubt sind, um den Fluß von stagnierender Flüssigkeit
von der Wand der Kolonne weg zu der aktiven Fläche des Bodens zu zwingen. Diese
Literaturstelle zeigt, daß diese Einrichtungen auf Querflußböden und auf Böden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen verwendet werden, wie sie in der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Diese
Literaturstelle zeigt auch die Verwendung von flußlenkenden Schlitzen auf der aktiven
Bodenoberfläche eines Querstrombodens.
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Schlitze werden in den Böden nach der vorliegenden Erfindung verwendet, doch im
Gegensatz zu jenen, die in den obenerwähnten Dokumenten benutzt werden. Diese Schlitze
werden verwendet, um die Kapazität zu erhöhen, während gleiche Effizienz beibehalten wird.
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Die US-A-5 098 615 umfaßt einen Dampf-Flüssigkeitskontaktboden für die
Verwendung in einer Kolonne, die einer Schaukelbewegung unterworfen sein kann.
Beispielsweise können die Kolonnen auf mit Halteseilen versehenen küstennahen Öl- oder
Gaserzeugungsplattformen für die Verwendung bei der Behandlung von Naturgas oder gewonnenen
Flüssigkeiten befestigt sein. Petrochemische Verfahrensanlagen unter Verwendung von
Fraktionierkolonnen können auf Schiffen befestigt sein, die nahe einer
Naturgasproduktionsquelle ankern. Der obere Abschnitt von langen Kontaktkolonnen kann bei starkem Wind auch
seitliche Bewegung zeigen. In diesen oder ähnlichen Situationen kann die seitliche oder
schaukelnde Bewegung der Stützstruktur und Kolonne infolge der Wellenbewegung die
Leistung einzelner Böden oder der Gesamtkolonne beeinträchtigen. Beispielsweise kann die
Seitwärtsneigung einer Kolonne dazu führen, daß der Flüssigkeitsspiegel auf unterschiedlichen
Teilen der Böden in der Kolonne ungleich ist. Dies beeinträchtigt die Dampfflußmengen und
Bodenwirksamkeiten. Die Leistung kann beeinträchtigt sein, da ein hoher Flüssigkeitsspiegel
zeitweilig den Dampfdurchgang aufwärts auf einem Teil des Bodens verhindert. Der Schaum
auf diesem Abschnitt des Bodens verteilt sich dann, und dieser Schaum tritt nicht
augenblicklich bei der Rückkehr des normalen Flüssigkeitsspiegels wieder in Erscheinung. Wenn die
Kolonne in der anderen Richtung schwingt, bekommt man auf diesem gleichen Abschnitt des
Bodens einen verminderten Flüssigkeitsspiegel, was zu unwirksamem Kontakt führt.
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Die Wirkungen einer Schaukelbewegung werden vermindert, wenn man einen Dampf-
Flüssigkeitskontaktboden mit einer Bodenfläche mit einer oberen ersten Seite und einer
unteren zweiten Seite, wobei diese Bodenfläche aus einem perforierten Bodenmaterial
besteht, wenigstens zwei wannenartigen Ablaufvorrichtungen mit Seitenwänden und
Endwänden, die senkrecht zu der Ebene des Bodens ausgerichtet sind, wobei jede Ablaufvorrichtung
einen im wesentlichen offenen Einlaß, der auf der ersten Seite der Kontaktbodenfläche
angeordnet ist, und eine flüssig keitsdichtbare Auslaßeinrichtung, die auf der zweiten Seite der
Kontaktbodenfläche angeordnet ist, hat, mehrere Flüssigkeitsstromsteuerprallplatten, die sich
zwischen einander gegenüberliegenden Seitenwänden der Ablaufvorrichtung an beabstandeten
Punkten entlang den Seitenwänden erstrecken und wenigstens teilweise in der
Ablaufvorrichtung sind, mehrere Fließmittelflußsteuerprallplatten, die im wesentlichen parallel zu den
Seitenwänden sind und sich von der oberen ersten Seite der Kontaktbodenfläche weg über
den Einlaß der Ablaufvorrichtung hinaus erstrecken, wobei eine Fließmittelsteuerprallplatte mit
jeder Ablaufvorrichtung verbunden ist, eine Dampfstromsteuerprallplatte, die im wesentlichen
senkrecht zu der Kontaktbodenfläche ist und sich über die erste Seite der Kontaktbodenfläche
in einem größeren Winkel als 45º von der Ablaufvorrichtung erstreckt, und mehrere
blasenfördernde Einrichtungen, die auf der Kontaktbodenfläche zwischen den Ablaufvorrichtungen und
jeder Seite einer jeden derselben angeordnet sind, vorsieht.
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Die vorliegende Erfindung liefert eine Vorrichtung zur Durchführung fraktionierter
Destillation mit vertikal ausgerichteten oberen ersten und unteren zweiten
Dampf-Flüssigkeitskontaktböden, wobei jeder Boden einen runden Umfang hat und
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i) wenigstens zwei schmale wannenförmige Ablaufvorrichtungen, die parallel zueinander
und in gleichem Abstand voneinander über den Boden verteilt sind, wobei jede
Ablaufvorrichtung von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden und zwei Endwänden, die
kürzer als die Seitenwände sind, gebildet wird und die. Seitenwände und Endwände
senkrecht zur Ebene des Bodens ausgerichtet sind und jede Ablaufvorrichtung eine
flüssigkeitsdichtbare Auslaßeinrichtung hat, und
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ii) eine Dampf-Flüssigkeitskontaktbodenfläche mit einem
Dampf-Flüssigkeitskontaktbodenflächenabschnitt, der benachbart zu jeder Ablaufvorrichtungsseiter wand derart
angeordnet ist, daß der Boden wenigstens einen
Dampf-Flüssigkeitskontaktbodenabschnitt mehr als Ablaufvorrichtungen hat, umfaßt, wobei Perforationen gleichmäßig
über die gesamte Oberfläche verteilt sind, welche von der
Dampf-Flüssigkeitskontaktbodenfläche
gebildet wird, und wobei wenigstens ein Teil dieser Perforationen in
der Form von dampfstromlenkenden Schlitzen mit zu einer
Ablaufvorrichtungsseitenwand blickenden Öffnungen vorliegt.
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Gemäß der Erfindung sind die Ablaufvorrichtungen des zweiten Bodens senkrecht zu
jenen auf dem ersten Boden, und jeder Boden umfaßt mehrere vertikale Platten, die als
Antiaufstauchprallplatten vorgesehen und mittig über den Ablaufvorrichtungen des Bodens
parallel zu den Ablaufvorrichtungsseitenwänden befestigt sind, wobei die
aufstauchverhindernden Prallplatten des unteren zweiten Bodens Kerben haben, die den Bodenabschnitt von
Ablaufvorrichtungen des oberen ersten Bodens umgeben, und sich aufwärts zwischen den
Ablaufvorrichtungen entlang dem größeren Teil der Seitenwände der Ablaufvorrichtungen
derart erstrecken, daß der Abstand zwischen der Oberkante der ein Aufstauchen
verhindernden Prallplatte und der Bodenoberfläche des Bodens darüber gleich dem entsprechenden
Abstand zwischen der das Aufstauchen verhindernden Pralplatte und dem Boden der
Ablaufvorrichtung in den Kerben ist, die den Boden der Ablaufvorrichtungen des oberen ersten
Bodens umgeben.
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Die Erfindung ist ein verbesserter Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen im
Gegensatz zu den stärker benutzten Querflußböden, was eine Steigerung der Dampfkapazität ergibt.
Die Erfindung scheint so zu funktionieren, daß sie die Schaumhöhe vermindert und ein
Flüssigkeitsmitreißen in dem Dampf, der zu höheren Böden aufsteigt, reduziert. Bei der
Erfindung sind dampflenkende Schlitze auf den relativ schmalen Bodenflächenbereichen
angeordnet, die zwischen benachbarten Ablaufvorrichtungen liegen, um Dampf zu der
nächsten Ablaufvorrichtung zu lenken. Vorzugsweise werden die Schlitze zu der nächsten
Ablaufvorrichtung spitz zulaufen. Die Böden umfassen auch eine auftauchverhindernde
Prallplatte, die über dem Ablaufvorrichtungseinlaß angeordnet ist, um Flüssigkeitströpfchen
daran zu hindern, über die Ablaufvorrichtung zu einem anderen Bereich der Bodenfläche
geschleudert zu werden. Diese Pralplatte erstreckt sich aufwärts zwischen den absteigenden
Ablaufvorrichtungen des nächsthöheren Bodens.
Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist die Darstellung aus der Sicht, wenn man abwärts auf einen Fraktionierboden blickt.
Die parallelen Ablaufvorrichtungen 2 sind zwischen den
Dampf-Flüssigkeitskontaktbodenflächen 3 angeordnet. Dieser Boden hat keine Antiaufstauchprallplatten. Der Boden
in Fig. 1 ist daher nicht Teil der Erfindung.
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Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung, die von einer vertikalen Ebene durch eine
Fraktionierdestillationskolonne 1 unter Verwendung einer Ausführungsform der Böden nach der
vorliegenden Erfindung genommen wurde.
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Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung eines oberen Abschnittes einer
Ablaufvorrichtung 2 mit einer Antiaufstauchprallplatte 7, die in einer mittigen
Stellung oberhalb ihrer oberen Öffnung durch die Schenkel 8 gehalten wird.
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Fig. 4 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung, die eine Antiaufstauchprallplatte
zeigt, die sich abwärts in eine Ablaufvorrichtung erstreckt, und eine
flüssigkeitsabdichtbare Auslaßeinrichtung am Bodenende der Ablaufvorrichtung mit
einer perforierten Bodenplatte 14 zeigt.
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Fig. 5 ist ein Querschnitt eines unteren Abschnitts einer Ablaufvorrichtung 2 und
erläutert eine alternative Konstruktion des flüssigkeitsabdichtbaren Ausasses
am unteren Ende der Ablaufvorrichtung mit einer Dichtungswanne 16, die an
dem offenen Bodenende der Ablaufvorrichtung durch Schenkel 11 befstigt ist.
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Fig. 6 ist ein Querschnitt durch einen Abschnitt einer Bodenfläche 3 und erläutert
eine Seitenansicht eines dampflenkenden Schlitzes 4.
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Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung eines Abschnittes der Bodenfläche 3 und
erläutert die Ansicht entlang der Schnittlinie 7-7 als in den Auslaß eines
dampflenkenden Schlitzes 4 blickend zu sehen.
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Fig. 8 ist eine Darstellung eines kleinen Bodenflächenabschnittes, der in
tatsächlichem Maßstab gezeichnet ist, um die relative Größe und Anordnung geeigneter
runder Perforationen 9 und dampflenkender Schlitze 4 auf einem Stöck
Bodenflächenmaterial zu erläutern.
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Fig. 9 ist eine Querschnittsdarstellung einer Kolonne 1 für fraktionierte Destillation,
wobei man abwärts auf einen Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen mit
einer Antiaufstauchprallplatte 7 blickt und alternative Perforationstypen 10
gezeigt sind.
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Fig. 10 erläutert die charakteristischen Merkmale der Erfindung, bei welcher sich die
Antiaufstauchprallplatte aufwärts über den Boden der Ablaufvorrichtung des
nächstoberen Bodens erstreckt.
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Fig. 11 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Ablaufvorrichtung und zeigt
Einzelheiten der Verankerungsstange 15 und der sich verjüngenden
Verstrebung 18.
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Dampf-Flüsskeitskontaktvorrichtungen werden bei einer großen Vielzahl von
Anwendungen verwendet, um eine Flüssigkeit, die in einer allgemein abwärtsgerichteten Weise in der
Gesamtvorrichtung fließt, mit einem aufsteigenden Dampfstrom in Berührung zu bringen.
Beispielsweise wird die Vorrichtung in großem Umfang verwendet, um einen Gasstrom mit
einer Behandlungsflüssigkeit in Kontakt zu bringen, die eine Produktverbindung oder eine
Verunreinigung aus dem Gasstrom selektiv entfernt. Die vorliegende Vorrichtung kann daher
in einem Säuregasabsorber oder -ausstreifer oder in einem Ethylenoxidabsorber verwendet
werden. Eine andere Anwendung einer Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung ist die bei der
Trennung chemischer Verbindungen durch fraktionierte Destillation. Die nachfolgende
Diskussion konzentriert sich hier auf die Verwendung in einem Verfahren zur Trennung durch
fraktionierte Destillation, doch ist nicht beabsichtigt, die Vorrichtung nach der Erfindung in
irgendeiner Weise auf jene Arbeitsweise zu beschränken.
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Die vorliegende Vorrichtung kann bei der Abtrennung im wesentlichen jeder
chemischen Verbindung verwendet werden, die durch fraktionierte Destillation abgetrennt oder
gereinigt werden kann. Fraktionierböden werden in großem Umfang bei der Trennung
spezieller Kohlenwasserstoffe, wie von Propan und Propylen oder Benzol und Toluol, oder bei der
Trennung verschiedener Kohlenwasserstofffraktionen, wie LPG (verflüssigtes Erdölgas),
Naphtha oder Kerosin, verwendet. Die mit der vorliegenden Vorrichtung abgetrennten
chemischen Verbindungen sind nicht auf Kohlenwasserstoffe beschränkt, sondern können
irgendeine Verbindung mit ausreichender Flüchtigkeit und Temperaturbeständigkeit, um durch
fraktionierte Destillation getrennt zu werden, einschließen. Beispiele dieser Materialien sind
Essigsäure, Wasser, Aceton, Acetylen, Styrol, Acrylnitril, Butadien, Cresol, Xylol,
Chlorbenzole, Ethylen, Ethan, Propan, Propylen, Xylenole, Vinylacetat, Phenol, Iso- und Normalbutan,
Butylene, Pentane, Heptane, Hexane, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Aldehyde, Ether, wie
MTBE und TAME, und Alkohole einschließlich Teritärbutylalkohol und Isopropylalkohol.
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Zwei bestimmende Faktoren der Qualität eines Kontaktbodens sind seine Wirksamkeit
zur Durchführung einer Trennung und seine Kapazität ausgedrückt als Flüssigkeits- oder
Dampfdurchsatz. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Kapazität von Böden mit
mehreren Ablaufvorrichtungen zu erhöhen.
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Oftmals ist die Kapazität eines Fraktionierbodens durch seine Fähigkeit, erhöhte
Mengen an Aufwärtsdampfstrom durch den Boden zu handhaben, beschränkt. Diese
Beschränkung ist normalerweise mit der Tendenz der Flüssigkeit "auf" dem Boden verbunden,
in aufsteigendern Dampf mitgerissen zu werden und zu dem nächsten Boden
aufwärtszusteigen. Die Dampfkapazität eines Bodens wird daher oftmals erreicht, wenn die Höhe des
"Schaums" auf einer oberen Oberfläche des Bodens die Bodenoberfläche des nächsten
darüberliegenden Bodens erreicht. Eine übermäßige Schaumhöhe auf einem Fraktionierboden
oder irgendeiner Art von Kontaktboden kann bewirken, daß Flössigkeit aufwärts durch die
Bodenfläche des Bodens darüber geht. Dann geht Flüssigkeit nach oben. Eine Verminderung
der Schaumhöhe kann demnach erwünscht sein, um die Dampfkapazität des Bodens zu
erhöhen. Es ist daher ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, die Schaumhöhe, die auf
einem Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen vorliegt, zu reduzieren.
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In einer weiteren Beschreibung der Erfindung ist es sinnvoll, die Bodentype, die hier als
Boden UV mit mehreren Ablaufvomchtungen" bezeichnet ist, zu definieren und zu kennzeichnen.
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Der Ausdruck wird hier verwendet, um die vorliegende Erfindung von anderen Typen von
Fraktionierböden zu unterscheiden.
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Ein Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen unterscheidet sich von dem
herkömmlichen Querstromboden durch mehrere konstruktive Merkmale. Erstens hat ein Boden mit
mehreren Ablaufvorrichtungen keine "Aufnahmepfanne". Dies ist der normalerweise
unperforierte Abschnitt, der unter einer Einlaß-Ablaufvorrichtungsöffnung liegt. Bezug genommen
wird auf die obenerwähnte US-A-3 550 916, die in Fig. 1 eine Aufnahmepfanne 1 erläutert.
Dies ist der unperforierte Raum, auf welchen die durch die Ablaufvorrichtung absteigende
Flüssigkeit auftrifft, bevor sie auf die Bodenfläche des Bodens geht. In Fraktionierböden mit
mehreren Ablaufvorrichtungen ist die horizontale Oberfläche des Bodens grundsätzlich in eine
Ablaufvorrichtung und einen Dampf-Flüssigkeitskontaktbereich, der normalerweise als
Bodenoberfläche bezeichnet wird, unterteilt. Es gibt keine unperforierten Bereiche, die zur
Verfügung stehen, um von dem Boden, der unmittelbar darüberliegt, absteigende Flüssigkeit
aufzunehmen.
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Ein anderes Unterscheidungsmerkmal von Fraktionierböden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen ist das Vorsehen einer relativ großen Anzahl von wannenartigen
Ablaufvorrichtungen über den Boden hin. Diese Ablaufvorrichtungen sind relativ eng voneinander beabstandet
im Vergleich mit den üblichen Querstromfraktionierböden. Der Abstand zwischen
benachbarten Ablaufvorrichtungen (zwischen ihren Seitenwänden oder Wehren gemessen) des
gleichen Bodens liegt normalerweise zwischen 0,3 und 1,0 m und wird oftmals kleiner als
0,5 m sein. Dies führt dazu, daß der Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen von oben
betrachtet eine einzigartige Gestaltung hat, die aus den alternierenden Bodenflächenbereichen
und Ablaufvorrichtungen besteht, welche gleichmäßig über die obere Oberfläche des
Fraktionierbodens beabstandet sind, siehe Fig. 1.
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Die tatsächlichen Ablaufvorrichtungen eines Bodens mit mehreren Ablaufvorrichtungen
sind auch einzigartig im Vergleich mit den Ablaufvorrichtungen, die bei normalen
Querstromfraktionierböden verwendet werden. Die Ablaufvorrichtungen erstrecken sich nicht abwärts
zu dem nächsten Fraktionierboden. Vielmehr enden sie in einem mittleren Abstand zwischen
den beiden Böden. Die Ablaufvorrichtung, die von dem darüberliegenden Boden absteigt,
endet daher wesentlich oberhalb des oberen Endes oder Einlasses zu den Ablaufvorrichtungen
des Bodens darunter. Das obere Ende oder der Einlaß zu der Ablaufvorrichtung eines Bodens
funktioniert oftmals als das Auslaßwehr des Bodens, und daher ist ersichtlich, daß der Boden
der Ablaufvorrichtung eines Bodens mit mehreren Ablaufvorrichtungen darüber wesentlich
oberhalb des Auslaufwehres des darunter angeordneten Wehres ist.
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Ablaufvorrichtungen auf einem Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen sind
normalerweise mit 90º von den Böden, die unmittelbar darüber und darunter liegen, ausgerichtet.
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Die Ablaufvorrichtungen auf vertikal benachbarten Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen
sind daher eher senkrecht als parallel.
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Noch ein anderes unterscheidendes Merkmal von Fraktionierböden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen ist das Vorsehen einer flüssig keitsabdichtbaren Einrichtung in dem Boden
oder Auslaß der Ablaufvorrichtung. Der Boden der Ablaufvorrichtung ist daher teilweise durch
eine Platte mit verschiedenen Perforationen oder durch eine andere Einrichtung verschlossen,
die dazu dient, den direkten abwärtsgerichteten Flüssigkeitsfluß außerhalb der
Ablaufvorrichtung zu verzögern, siehe Fig. 4 und 5. Dieser flüssigkeitsabdichtbare Auslaß liegt
wesentlich oberhalb der Bodenfläche des unmittelbar darunterliegenden Bodens und befindet sich an
einem Punkt oberhalb des Einlasses der Ablaufvorrichtungen, die mit diesem nächstunteren
Boden verbunden sind. Die absteigende Flüssigkeit wird in dem unteren Abschnitt der
Ablaufvorrichtung aufgefangen und fließt weiter auf dem nächstunteren Boden durch diese
Öffnungen oder andere mechanische Anordnung ab.
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Es gibt kein Einlaßwehr am Boden der Ablaufvorrichtung der vorliegenden Böden mit
mehreren Ablaufvorrichtungen, wie in einem Querstromboden. Der flüssigkeitsabdichtbare
Auslaß übernimmt diese Funktion, siehe Fig. 2.
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Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen sind durch einen sehr kurzen
Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Punkt, an welchem die Flüssigkeit zuerst auf den Boden fällt, und
dem Punkt, an welchem die Flüssigkeit den Boden über die Ablaufvorrichtung verläßt,
gekennzeichnet. Dies beruht primär auf dem kurzen Abstand der Ablaufvorrichtungen, wie
oben beschrieben. Ausgenommen zwischen der Kolonnenwand und den
Endablaufvorrichtungen wird von dem Boden darüber absteigende Flüssigkeit auf die Oberfläche eines Bodens an
einem Punkt in der Mitte zwischen zwei benachbarten Ablaufvorrichtungen fallen. Der
Abstand von dem Punkt, an welchem Flüssigkeit den Boden erreicht, bis zu dem
Ablaufvorrichtungseinlaß ist daher immer geringer als die Hälfte des Abstandes zwischen
Ablaufvorrichtungen für die meiste Flüssigkeit. Dieser kurze Abstand, über den die Flüssigkeit wandern
muß, verbunden mit dem Rühren, das mit dem Durchgang von Dampf aufwärts durch die
Bodenfläche verbunden ist, führt zu Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen, die im
wesentlichen kein Flüssigkeitsspiegelgefälle von dem Flüssigkeitseinlaßpunkt zum
Flüssigkeitsauslaßpunkt haben.
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Die in den oben zitierten Literaturstellen über Querstromböden gezeigten richtenden
Schlitze werden verwendet, um Flüssigkeitsfluß über die Oberfläche des Bodens zu fördern.
Dies geschieht, um stagnierende Bereiche, ungleiche Verweilzeiten und
Flüssigkeitsspiegelgefälle auszuschalten. Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen leiden unter keiner dieser
Krankheiten und erfordern daher nicht die Verwendung richtender Schlitze als ein Heilmittel
für diese Probleme von Querstromböden. Die Schlitze werden stattdessen verwendet, um die
Dampfkapazität zu erhöhen.
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Mit dem Abstand zwischen Ablaufvorrichtungswänden (der Breite eines
Bodenflächenabschnittes) zwischen 1 und 0,3 m wäre der mittlere Flüssigkeitsfließweg geringer als 0,5 bis
0,15 m.
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Es folgen Meßbereiche gewerblich verwendeter Böden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen, die für den doppelten Zweck wiedergegeben sind, um eine Richtschnur bei der
Gestaltung und Verwendung der vorliegenden Appartur zu liefern und die Böden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung von dem herkömmlichen
Querstromfraktionierboden zu unterscheiden. Der Abstand zwischen vertikal benachbarten Böden wäre
normalerweise zwischen 20 und 91 cm (8 bis 36 in) und liegt vorzugsweise zwischen 25 und
61 cm (10 bis 24 in). Der gesamte offene Bereich der Bodenfläche liegt allgemein im Bereich
von 6 bis 5 bis 15 % des Bodenflächenbereiches. Dies schließt den offenen Bereich ein, der
sowohl von den runden Öffnungen als auch von den länglichen Schlitzen der vorliegenden
Erfindung in einem Bodenflächenbereich des Bodens vorgesehen ist. Der normale
Lochdurchmesser der runden Perforationen kann im Bereich von 0,3 bis 2,6 cm (1/8 bis 1,0 in) liegen.
Eine Lochgröße von 0,47 bis 0,64 cm (3/16 bis 1/4 in) ist normalerweise bevorzugt. Der durch
Schlitze vorgesehene offene Bereich beträgt vorzugsweise 0,25 bis 5 % des Bereiches der
Bodenoberfläche. Eine repräsentative Dicke der Bodenfläche liegt bei etwa 0,19 bis 0,34 cm.
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Die Einlaßöffnungen der Ablaufvorrichtungen eines Bodens mit mehreren
Ablaufvorrichtungen sind normalerweise 6 bis 25 cm (2,5 bis 10 in) weit. Die Höhe einer
Ablaufvorrichtung, gemessen von der horizontalen oberen Kante des Auslaßwehres zum Boden der
flüssig keitsabdichtbaren Einrichtung ist normalerweise zwischen 1 5,2 und 45,7 cm (6 bis
18 in). Dies schließt die Höhe ein, die sich die Ablaufvorrichtung über die Bodenfläche und
unter die Bodenfläche erstreckt. Die Antiaufstauchprallplatte, die über der Ablaufvorrichtung
liegt, wäre normalerweise wenigstens 7,5 cm lang und nicht mehr als 35,6 cm hoch (3 bis 14
in) und wird normalerweise etwa gleich in der Länge wie die verbundene Ablaufvorrichtung
sein. Für weitere Information über Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen siehe die
US-A-3 410 540.
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Die vorliegende Erfindung erreicht das Ziel einer Steigerung der Dampfkapazität eines
Bodens mit mehreren Ablaufvorrichtungen durch das Vorsehen einer Anzahl von
dampflenkenden Schlitzen in dem Bodenflächenabschnitt des Fraktionierbodens. Die Schlitze sind
derart ausgerichtet, daß das aufwärts durch die Bodenfläche aufsteigende Gas durch diese
Schlitze eine horizontale Schubkraft oder Bewegungsenergie der Flüssigkeit oder dem Schaum
auf dem Boden in der Richtung der nächsten Ablaufvorrichtung erteilt. Ein Fraktionierboden
mit mehreren Ablaufvorrichtungen hätte typischerweise wenigstens zwei
Ablaufvorrichtungen, doch können kleinere Böden auch eine einzelne Ablaufvorrichtung haben. Daher wird
jeder Boden mit mehreren Ablaufvorrichtungen normalerweise wenigstens einen
Bodenflächenabschnitt
haben, der Ablaufvorrichtungen entlang jeder lateralen Seite hat. Die Schlitze
auf den Bodenflächenabschnitten mit Ablaufvorrichtungen auf beiden Seiten werden daher
Schlitze haben, die in diametral entgegengesetzter Richtung zu der nächsten
Ablaufvorrichtung ausgerichtet sind.
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Die einzigartige strukturelle Gestaltung hat die neue Funktion, den Schaum zu den und
in die Ablaufvorrichtungen des Bodens mit mehreren Ablaufvorrichtungen zu lenken. Im
Vergleich dazu werden die bekannten Schlitze dazu verwendet, Flüssigkeitsfluß über die
relativ langen Fließwege von Querstromböden zu lenken, um Flüssigkeitsgefälle zu reduzieren
oder stagnierende Bereiche auszuschalten.
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Der durch die Schlitze aufwärts steigende Dampf verläßt die Schlitze in einem Winkel
zu der Bodenoberfläche mit einer definierten horizontalen Komponente und erteilt der flüssigen
Phase oder suspendierten Tröpfen oberhalb der Bodenoberfläche etwas von der horizontalen
Bewegungsenergie des Dampfes. Dies führt zu einer Nettokraft, die den Schaum zu der
Ablaufvorrichtung zwingt. Man bekommt daher einen schnelleren Durchgang des Schaumes
in die Ablaufvorrichtung und eine Abnahme der Schaumhöhe auf dem Boden.
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Das Rühren, welches auf der Bodenfläche auftritt, kann abweichende und manchmal
sehr starke Bewegung suspendierter Flüssigkeitströpfchen bewirken. Es ist daher ein Merkmal
der vorliegenden Erfindung, daß "Antiaufstauch"-Prallplatten über dem Einlaß der
Ablaufvorrichtungen angeordnet werden, um das Passieren von FI"ssigkeit öber den Einlaß zu der
Ablaufvorrichtung zu verhindern. Es ist die Funktion der Antiaufstauchprallplatte, horizontal
über den Ablaufvorrichtungseinlaß gehende Flüssigkeit abzufangen und diese in die
Ablaufvorrichtung zu lenken. Grundsätzlich absorbiert die Antiaufstauchprallwand die horizontale
Bewegungsenergie der Flüssigkeitsteilchen, welche sie sonst über die Prallwand tragen kann
und die Flüssigkeit durch die Schwerkraft in den Ablaufvorrichtungseinlaß fallenläßt. Das
Vorsehen der Antiaufstauchprallplatten erwies sich als eine positive Verbesserung der
Leistung und Struktur des Bodens und als brauchbar, um die Ziele der Erfindung zu erreichen.
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Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf
die Zeichnung erhalten werden. Fig. 1 zeigt die Ansicht, wenn man abwärts zu der oberen
Oberfläche eines Bodens mit mehreren Ablaufvorrichtungen blickt. Der in dieser Zeichnung
dargestellte spezielle Boden hat sechs Ablaufvorrichtungen und ist von der Zylinderwand der
Fraktionierkolonne 1 umgeben. Jede Ablaufvorrichtung 2 umfaßt zwei
Ablaufvorrichtungsendwände 5 und zwei parallele Seitenwände 6. Die Ablaufvorrichtungen besitzen einen
gleichmäßigen Abstand über den Boden. Zwischen den Ablaufvorrichtungen ist der perforierte
Abschnitt der Bodenfläche 3 des Bodens angeordnet. Bodenflächen erstrecken sich auch
zwischen den äußersten Ablaufvorrichtungen und dem Außenumfang des Bodens. Das heißt,
der Abschnitt des Bodens, der zwischen den Endablaufvorrichtungen und dem Umfang des
Bodens eingeschlossen ist, ist auch mit perforierter Bodenfläche ausgefüllt und hat darauf
angeordnet aktive Dampf-Flüssigkeitskontakteinrichtungen. Die Bodenflächen werden sowohl
die symmetrischen (runden) Standardperforationen 9, die gleichmäßig über die
Bodenoberfläche verteilt sind, als auch die dampflenkenden Schlitze 4 umfassen. Die Schlitze und
Perforationen sind nicht maßstäblich gezeichnet, um Einzelheiten zu zeigen.
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Die auf einem Bodenflächenabschnitt zwischen irgendeinem benachbarten Paar von
Ablaufvorrichtungen angeordneten Schlitze sind in zwei Gruppen unterteilt, die in diametral
entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet sind. Aus einer Gruppe von Schlitzen
aufsteigender Dampf wandert in horizontaler Richtung um 180º entgegengesetzt gegenüber dem
Dampf, der durch die zweite Gruppe von Schlitzen aufsteigt, welche näher den anderen
Ablaufvorrichtungen liegen, die mit diesem Abschnitt der Bodenfläche verbunden sind. Der in
Fig. 1 erläuterte spezielle Boden verwendet keine Antiaufstauchprallplatte und ist daher nicht
Teil der Erfindung.
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Fig. 8 liefert eine bildliche Darstellung eines tatsächlichen Abschnittes von
Bodenflächenmaterial 3. Diese Figur erläutert repräsentative gewerbliche Größen und Formen der
kreisförmigen Perforation 9 und des dampflenkenden Schlitzes 4. In diesem Fall weisen die
Öffnungen zu dem unteren Ende der Figur hin und würden die aufsteigenden Gase in einer
Abwärtsrichtung weg von Fig. 1 lenken. Die genaue Ausrichtung oder Beabstandung der
runden Perforationen dürfte keine steuernde Variable in der vorliegenden Erfindung sein.
Gleichermaßen wird angenommen, daß die Plazierung der flußlenkenden Schlitze nicht kritisch
ist, solange die Schubrichtung des durch die Schlitze aufsteigenden Dampfes dem Schaum
und der Flüssigkeit auf dem Boden in der allgemeinen Richtung der nächsten
Ablaufvorrichtung eine horizontale Bewegungsenergie verleiht. Die Schlitze können in geraden Linien
oder in Zickzackreihen quer über der Oberfläche des Bodens angeordnet sein. Für eine
bequeme Darstellung sind in Fig. 1 nur zwei Reihen der flußlenkenden Schlitze 4 erläutert.
Tatsächlich wären auf dem Bodenflächenbereich viel mehr Schlitze plaziert.
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Ein repräsentativer maximaler Abstand zwischen jeweils zwei flußlenkenden Schlitzen
ist in der Größenordnung von etwa 5 bis 17,8 cm (2 bis 7 in). Die Perforationen sind
vorzugsweise in relativ gleichmäßiger Weise über den gesamten Bodenflächenbereich verteilt. Um die
Herstellungskosten zu minimieren, wird das Bodenfächenmaterial normalerweise so
konstruiert, daß man zunächst das Bodenflächenmaterial perforiert, um die erwünschte Anzahl
von runden Öffnungen zu bekommen. Die zweite Perforierstufe erfolgt dann, um die
flußlenkenden Schlitze zu erteilen. Es wird kein Versuch gemacht, die Schlitzöffnungen so
auszurichten oder so zu haben, daß diese zwischen die runden Perforationen fallen. Daher fallen, wie
in Fig. 8 gezeigt, einige der Schlitzöffnungen tatsächlich in die gleiche Lage wie die runden
Öffnungen, und der Abschnitt des Bodenflächenmaterials, welcher den Schlitz bildet, kann
auch eine Perforation haben.
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Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung, in horizontaler Richtung durch eine
Fraktionierkolonne gesehen. Die Figur zeigt drei Fraktionierböden mit mehreren Ablaufvorrichtungen, von
denen jeder Antiaufstauchprallplatten verwendet. Diese Darstellung erläutert die bevorzugte
und übliche senkrechte Anordnung der Ablaufvorrichtungen auf alternierenden Böden. Der
oberste Boden zeigt die Ansicht, direkt zu der Seitenwand 6 der Ablaufvorrichtungen gesehen.
Diese Darstellung zeigt auch die Antiaufstauchprallplatte 7, die über der Ablaufvorrichtung
durch die Gestänge oder Trägerschenkel 8 gehalten wird. Ein Merkmal der
Antiaufstauchprallplatte, die in dieser Figur erläutert ist, besteht darin, daß die Boden kante 17 der Prallplatte
über der oberen Kante 13 der verbundenen Ablaufvorrichtung ist. Diese Darstellung erläutert
auch das übliche Merkmal von Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen, daß die
Ablaufvorrichtung mit ein Fünftel bis ein Viertel ihrer gesamten Höhe oberhalb der Bodenfläche
angeordnet ist, um Auslaßwehre zu liefern, wobei sich der Rest der Ablaufvorrichtungen unterhalb der
Bodenfläche erstreckt.
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Die Darstellung des Mittebodens in Fig. 2 zeigt die Ausrichtung der
Antiaufstauchprallplatteneinrichtung parallel zu der Ablaufvorrichtung 2. Sie erläutert auch die Ausrichtung der
dampfienkenden Schlitze 4 zu der nächsten Ablaufvorrichtung. Es kann daher gesehen
werden, daß die zwischen zwei benachbarten Ablaufvorrichtungen angeordneten
dampflenkenden Schlitze in entgegengesetzte Richtungen weisen. Das heißt, jene einer
Ablaufvorrichtung am nächsten liegenden Schlitze werden zu jener Ablaufvorrichtung hinweisen. Die
Richtung der Schlitzausrichtung ist daher entlang einer Linie zwischen den beiden
benachbarten Ablaufvorrichtungen geteilt, welche Schlitze in zwei jeweilige Gruppierungen trennt, die
zu der nächsten Ablaufvorrichtung hinweisen.
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Fig. 3 ist eine Vergrößerung des oberen Abschnittes einer Ablaufvorrichtung 2, die in
Fig. 2 gezeigt ist, und eines Abschnittes des verbundenen Bodenfächenmaterials. Die
Bodenfläche 3 ist an der Seitenwand 6 der Ablaufvorrichtung 2 mit Hilfe in der Zeichnung
nicht gezeigter Mittel befestigt. Typischerweise ist ein unteres Stück "Winkelmaterial" an die
Ablaufvorrichtungswand geschweißt, um die Bodenfläche zu unterstützen. Ein zweites Stück
"Winkelmaterial" ist mit der Wand oberhalb der Bodendecke unter Bildung einer Nut
verschraubt. Die runden Perforationen 9 sind gleichmäßig über die Bodenfläche verteilt. Die
dampflenkenden Schlitze liegen an jeder Seite der Ablaufvorrichtung, wobei die Öffnung des
Schlitzes zu der Seitenwand 6 der Ablaufvorrichtung blickt. Die
Flüssigkeits-Antiaufstauchprallplatte 7 wird von intermittierenden Schenkeln 8 unterstützt, die beispielsweise durch
Verschrauben sowohl mit der Prallplatte 7 als auch mit den Seitenwänden 6 befestigt sein
können. Die Antiaufstauchprallplatte liegt vorzugsweise mittig zwischen den
Ablaufvorrichtungsseitenwänden und ist im wesentlichen so lang wie die Ablaufvorrichtung. Die
Gesamthöhe der tatsächlichen Prallplatte ist wenigstens ein Drittel der Höhe der Seitenwand
der Ablaufvorrichtung. Die Prallplatte kann vollständig oberhalb des Einlasses der
Ablaufvorrichtung angeordnet sein, erstreckt sich aber vorzugsweise in die Ablaufvorrichtung, wie in
Fig. 4 gezeigt ist.
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Fig. 4 erläutert eine andere Anordnung einer Ablaufvorrichtung und einer
Antiaufstauchprallwand 7. Die Seitenwand der Ablaufvorrichtung 2 ist wiederum an der Bodenfläche
3 befestigt, wie in Fig. 3 beschrieben, doch wird die Antiaufstauchprallplatte 7 von einem
Verstrebungsstab 1 5 unterstützt, der mit dem oberen Ende der Seitenwand 6 der
Ablaufvorrichtung verschraubt ist. Der Stab ist senkrecht zu der Antiaufstauchprallplatte 7. Diese
Anordnung ist bevorzugt, da sie die Steifigkeit der Ablaufvorrichtung selbst erhöht. Ein
anderes Merkmal der in Fig. 4 gezeigten Anordnung besteht darin, daß die untere Kante 17
der Antiaufstauchprallplatte in der Ablaufvorrichtung angeordnet ist. Das heißt, die untere
Kante der Antiaufstauchprallplatte liegt unter der oberen Kante 13 des
Ablaufvorrichtungseinlasses, und ein unterer Abschnitt der Prallatte liegt in der Ablaufvorrichtung. Die Prallplatte
kann sich abwärts bis zur Höhe der Bodenfläche erstrecken. Diese Figur erläutert auch einen
der mehreren Alternativwege, auf welchem die Bodenoberfläche der Ablaufvorrichtung 2
konstruiert sein kann. Bei dieser Ausführungsform verbindet eine Bodenplatte 14 die beiden
Seitenwände 6. Eine Anzahl von relativ großen Öffnungen oder Perforationen 10 ist in der
Bodenplatte 14 vorgesehen, um den raschen Austritt der Flüssigkeit zu erlauben, die sich in
der Ablaufvorrichtung ansammelt. Der Zweck der Platte 14 ist es, den Flüssigkeitsfluß
ausreichend zu verzögern, so daß der Boden der Ablaufvorrichtung durch Flüssigkeit gegen
den Durchgang von Dampf aufwärts abgedichtet ist.
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Ein Bereich einer Abwandlung in der Struktur des Bodens mit mehreren
Ablaufvorrichtungen ist die Anordnung der in dem Boden der Ablaufvorrichtung vorgesehenen
Öffnungen, die einen Teil der abdichtbaren Auslaßeinrichtung bilden, welche am Boden der
Ablaufvorrichtung erforderlich ist. Die Öffnungen können rund, quadratisch oder länglich in
jeder Richtung sein, d. h. entlang der Breite oder Länge der Ablaufvorrichtungen. Runde
Öffnungen und längliche Nuten, die sich zwischen den Seitenwänden 6 erstrecken und
manchmal als Jalousien bezeichnet werden, wie in Fig. 9 gezeigt, sind bevorzugt.
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Fig. 5 erläutert eine andere Gestaltung, die als die flüssigkeitsabdichtbare Einrichtung
geeignet ist, welche am Boden der Ablaufvorrichtung erforderlich ist. Bei dieser
Ausführungsform der Erfindung ist eine Dichtungswanne 16 an dem unteren Abschnitt der
Ablaufvorrichtung 2 durch Vorsehen kurzer vertikaler Schenkel 11 befestigt; die mit dem Bodenende
der Seitenwände 6 und den Seiten der flachen Wanne 16 verschraubt sein können. Der Raum
zwischen der Boden kante 12 der Ablaufvorrichtungsseitenwand und der Innenoberfläche der
Wanne ist für den Durchgang von Flüssigkeit offengelassen. Ein kleinerer
Dichtungsunterschied, der durch die Erstreckung des oberen Endes der Wanne über die Unterkante der
Ablaufvorrichtung vorgesehen ist, zusammen mit der Bewegungsenergie der absteigenden
Flüssigkeit ist ausreichend, um den Gaseintritt in die Ablaufvorrichtung zu verhindern. Der
Gaseintritt in die Ablaufvorrichtung ist immer unerwünscht, da er erlauben würde, daß Gas an
der Kontaktfläche des Bodens vorbeigeht.
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Die Fig. 6 und 7 erläutern Einzelheiten einer Ausführungsform der dampflenkenden
Schlitze 4. Fig. 6 zeigt die Ansicht, wenn man über den lenkenden Schlitz blickt, wobei die
runden Perforationen 9 über das Bodenflächenmaterial 3 verteilt sind, während der Schlitz 4
in einem Abschnitt der Bodenfläche ausgebildet ist. Der Schlitz ist durch Schneiden und
Recken des Metalles gebildet, so daß sich der Schlitz in einem Winkel a über die Oberfläche
der Bodenfläche erhebt. Die Bodenfläche ist normalerweise in einer absolut horizontalen
Stellung in dem Fraktionierboden bei der Verwendung befestigt. Der Winkel "a" liegt
vorzugsweise zwischen 5 und 45º. Fig. 7 ist ein Querschnitt des gleichen kleinen Stückes von
Bodendeckenmaterial wie Fig. 6 und zeigt die Ansicht, wenn man in die Öffnung des Schlitzes
4 blickt. In diesem speziellen Fall ist zu sehen, daß der Schlitz von einer relativ flachen oberen
Oberfläche gebildet wird, welche mit dem Boden durch die geneigten Seitenflächen verbunden
ist.
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Die Schlitze könnten mit anderen Gestaltungen hergestellt werden. Beispielsweise
könnte die Gesamtform der oberen Oberfläche des Schlitzes rund oder elliptisch sein, wenn
man in die Öffnung blickend betrachtet, wie in Fig. 7. Obwohl es bevorzugt ist, daß das obere
Ende des Schlitzes mit der Bodenfläche durch die geneigten Seitenoberflächen verbunden ist,
gibt es kein Erfordernis, daß wirksame dampfrichtende Schlitze so konstruiert sind. Daher
könnten die Schlitze so ausgebildet sein, daß das Metall entlang den Seiten des Schlitzes und
außerdem an dem offenen Vorderteil des Schlitzes geschnitten wird. Auf diese Weise
konstruierte Schlitze sind vorzugsweise relativ lang, so daß nur eine minimale Menge des
Gesamtgasvolumens, das aufwärts durch den Schlitz geht, durch die Seiten des Schlitzes in einer
Richtung parallel zu der Ablaufvorrichtung gehen kann. Es ist bevorzugt, daß die Gase
aufwärts durch den Boden in einer sehr großen Anzahl von flußrichtenden Schlitzen gehen
darf. Eine typische Schlitzdichte überschreitet 2,2 Schlitze/m² der Bodenfläche (24
Schlitze/ft²) der Bodenfläche
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Die Jabusien, Öffnungen oder Löcher, die im Boden der Ablaufvorrichtung vorgesehen
sind, sollten so angeordnet sein, daß die Flüssigkeit, welche aus den Öffnungen austritt, auf
Bodenfächenmaterial statt in das offene obere Ende der auf dem nächstunteren Boden
liegenden Ablaufvorrichtung fällt. Es ist unerwünscht, Flüssigkeit direkt in die nächstuntere
Ablaufvorrichtung fallenzulassen.
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Fig. 9 ist eine detailliertere Darstellung aus der Sicht, wenn man abwärts in einen Teil
einer Fraktionierkolonne 1 blickt, unter Verwendung eines Bodens nach der Erfindung mit
mehreren Ablaufvorrichtungen. Der Boden selbst erstreckt sich nach außen zu der inneren
Oberfläche des Behältergehäuses oder der Außenwand der Kolonne. Eine Bodenfläche 3
erstreckt sich von der Innenoberfläche der Behälterwand zu der ersten Ablaufvorrichtung 2.
Dieser Abschnitt der Bodenoberfläche enthält dampflenkende Schlitze, die nur zu dieser
speziellen Ablaufvorrichtung hin ausgerichtet sind. Der Abschnitt der Bodenoberfläche, der
zwischen der ersten Ablaufvorrichtung und der nächstinneren Ablaufvorrichtung liegt, enthält
dampflenkende Schlitze, die in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet sind. Die Schlitze
sind wiederum nicht maßstäblich gezeichnet, um eine leichtere Wiedergabe zu gestatten.
Diese Figur erläutert die Ansicht, wenn man abwärts in eine Ablaufvorrichtung 2 blickt, die
eine Antiaufstauchprallplatte 7 hat, welche mit der Ablaufvorrichtung ausgerichtet ist und
gleichen Abstand zwischen den Seitenwänden 6 hat. Die Antiaufstauchprallplatte wird von
den Verstrebungsstangen 1 5 an ihrer Stelle gehalten und unterstützt, die entlang der Länge
der Ablaufvorrichtung angeordnet sind. Diese spezielle Figur erläutert zwei alternative
Öffnungsgestaltungen in der Bodenplatte der Ablaufvorrichtung. Die runden Öffnungen 10 sind
in einem Abschnitt der innersten Ablaufvorrichtung gezeigt, während längliche Jalousien 10'
in einem anderen Abschnitt dieser gleichen Ablaufvorrichtung und in der nächstinneren
Ablaufvorrichtung gezeigt sind. Die Öffnungen sind in Gruppierungen entsprechend dem
Vorhandensein von Bodenfläche auf dem nächsten Boden abwärts in der Kolonne angeordnet.
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Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung, wenn man horizontal "ber eine Kolonne 1 blickt, die
zwei vertikal ausgerichtete Fraktionierböden zeigt, von denen jede vier Ablaufvorrichtungen
2 hat. Die Abmessungen dieser Figur sind etwa proportional zu jenen der unten beschriebenen
zweiten Testapparatur. Diese Figur erläutert, wie sich die Prallplatte des unteren Boden
aufwärts über die Ablaufvorrichtung derart erstreckt, daß die obere Kante 19 der
Aufstauchprallplatte über der Boden kante 12 der Ablaufvorrichtungsseitenwand liegt und somit oberhalb
des Bodens der Ablaufvorrichtung selbst. Die Oberkante der Prallplatt des unteren Bodens
und jener unter ihm sind gekerbt, um Ablaufvorrichtungen aufzunehmen. Die Oberkante der
Aufstauchprallplatte des obersten Bodens ist flach und vorzugsweise gekrümmt, um eine
geringfügige Lippe vorzusehen, die die Steifigkeit der Prallplatte erhöht. Die Oberkante der
einzelnen Abschnitte der Prallplatten auf unteren Böden kann auch oben mit Lippen versehen
sein. Die Unterkante aller Aufstauchprallplatten ist vorzugsweise gerade und etwa auf der
Höhe der Bodenoberfläche angeordnet.
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Der vertikale Abstand "d" zwischen der Oberkante der Aufstauchprallplatte und der
Bodenoberfläche des Bodens (zwischen den Ablaufvorrichtungen) kann erheblich variiert
werden. Die Oberkante der Aufstauchprallplatte erstreckt sich aufwärts zwischen den
Ablaufvorrichtungen derart, daß der Abstand "d" im wesentlichen gleich dem äquivalenten
Abstand ist, der in der Kerbe der Aufstauchprallplatte vorgesehen ist, welche den Boden der
Ablaufvorrichtungen umgibt. Diese maximale Aufwärtserstreckung ist in der Figur durch die
gestrichelte Linie 20 gezeigt, die der Form der unteren Oberfläche des oberen Bodens folgt.
Die Trennung zwischen der unteren Oberfläche des oberen Bodens und der Oberkante der
Antiaufstauchprallplatte wäre dann im wesentlichen gleichmäßig entlang der gesamten Länge
der Antiaufstauchprallplatte. Alternativ kann die maximale Aufwärtserstreckung der Prallplatte
nur entlang jener längeren Abschnitte der Pralplatte vorliegen, die zwischen
Ablaufvorrichtungen liegen, wobei die Endabschnitte mit dem Abschnitt unter den Ablaufvorrichtungen bündig
sind. Die Antiaufstauchprallplatte kann an der Ablaufvorrichtung befestigt sind, um die
Prallplatte weiter zu versteifen.
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Fig. 10 zeigt auch eine Darstellung einer versteifenden Verstrebung 15, die sich über
die Ablaufvorrichtung 2 erstreckt und gekerbt ist, um die Unterkante der
Antiaufstauchprallplatte 7 aufzunehmen. Der Boden der Verstrebung liegt daher unterhalb der Prallplatte und
erstreckt sich in die Ablaufvorrichtung. Die Erstreckung der Praliplatte 7 und der Verstrebung
15 in die Ablaufvorrichtung unterstützt eine Verminderung der Turbulenz in der
Ablaufvorrichtung und verbessert die Trennung von Dampf und Flüssigkeit.
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Fig. 11 zeigt die Einzelheiten der Bauelemente, die vorzugsweise verwendet werden,
um die Antiaufstauchprallplatte über der Ablaufvorrichtung zu unterstützen. Diese Elemente
umfassen die Verstrebungsstangen 15 und die sich verjüngende Verstrebung 18. Diese
Elemente wechseln entlang der Länge der Prallplatte ab. Die Verstrebungsstangen 15 sind
vorzugsweise, aber nicht notwendig vollständig in der Wanne der Ablaufvorrichtung
angeordnet. Die Gestaltung der Verstrebungsstange dieser Figur hat eine mittige Kerbe, die einen
unteren Abschnitt der Antiaufstauchprallplatte 7 aufnimmt und umgibt und so
Seitwärtsbewegung verhindert und auch die Prallplatte unterstützt. Die Verstrebungen erstrecken sich
quer zur Breite der Ablaufvorrichtung und sind an beiden Ablaufvorrichtungsseitenwänden 6
befestigt. Die sich verjüngenden Verstrebungen 18 werden paarweise verwendet, wobei eine
Verstrebung an jeder Seite der Antiaufstauchprallplatte befestigt ist. In der durch Fig. 10
wiedergegebenen Darstellung kann das dreieckige Profil des oberen Abschnittes dieser
Verstrebungen gesehen werden. Diese Verstrebungen dienen dazu, den oberen Abschnitten
der Antiaufstauchprallplatte erhöhte Steifigkeit zu verleihen. Fig. 11 zeigt auch eine Gruppe
von Öffnungen 10 in der Bodenplatte 14 der Ablaufvorrichtung. Der Boden kann in
verschiedenen Ausführungsformen zwei, drei, vier, fünf oder mehr einzelne Ablaufvorrichtungen
haben.
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Eine umfassendere Ausführungsform der Erfindung ist eine Fraktionierkonne, die ein
eingeschlossenes zylindrisches Außengehäuse mit mehreren der vorliegenden darin
befestigten Böden hat, wobei die einander vertikal benachbarten Böden (wie durch die
Ablaufvorrichtungsausrichtung definiert) senkrecht zueinander stehen. Die Gesamtvorrichtung würde
das übliche Zubehör zur Beschickung mit den Flüssigkeits- und Dampfströmen einschließen,
die miteinander in Kontakt gebracht werden sollen, wie einen Aufkocher und ein
Rückflußsystern.
Beispiele
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Die vorliegenden Böden, die flußlenkende Schlitze und Aufstauchprallplatten haben,
wurden in einer Reihe von Experimenten in zwei unterschiedlichen Apparaturen getestet. Das
Ziel des Experimentes war es, die vorliegenden Böden mit herkömmlichen Böden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen zu vergleichen. Die herkömmlichen Böden enthalten nur runde
Perforationen mit einer offenen Fläche etwa gleich derjenigen der vorliegenden Böden. Für jede
Bodentype wurde die Schaumhöhe bei unterschiedlichen Flüssigkeitsmengen und F-Faktoren
gemessen. Der F-Faktor ist als vs, multipliziert mit der Quadratwurzel von dg/(Dl - dg) definiert,
worin vs = Luftgeschwindigkeit, bezogen auf die Blasenbildungsfläche, dg = Luftdichte und
dl = Flüssig keitsdichte (Wasser). So konnten die Schaumhöhen bei unterschiedlichen F-
Faktoren verglichen werden, um die den vorliegenden Böden eigenen Fähigkeiten zur
Schaumhöhereduzierung zu bewerten. Diese Versuche dienten auch dazu, die Dampfkapazität einer
jeden Bodentype zu bewerten und zu vergleichen. Die maximale Dampfkapazität wird als die
Bedingung bestimmt, bei der die Schaumhöhe den oberen Boden erreicht. Diese Bedingung
wird als der Überflutungspunkt des Bodens bezeichnet.
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Die erste verwendete Testapparatur war eine quadratische Kolonne, bei der die
Abmessungen ungefähr 0,61 x 0,61 m (2 x 2 ft) waren. Die Vorrichtung verwendet Luft- und
Wassertestfließmittel, um neue Ideen zu testen, da ihre Größe leicht Veränderungen erlaubt.
Die in der Kolonne verfügbaren hohen Dampfmengen wurden angewendet, um die
Schaumhöhen und Dampfkapazität herkömmlicher Bt den mit mehreren Ablaufvorrichtungen und der
vorliegenden Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen zu bewerten und zu vergleichen. Die
Testkolonne bestand aus drei Böden mit Bodenabständen von 38,1 cm (15 in). Jeder Boden
enthielt eine einzelne 1 2,7 cm (5 in) breite Ablaufvorrichtung mit einer Blasenbildungsfäche
von insgesamt 0,29 m² (3,1 ft²). Die gesamte Ablaufflächenhöhe war 16,5 cm (6,5 in),
wovon sich 3,8 cm (1,5 in) über die Bodenoberfläche als ein Auslaßwehr erstreckten. Die
Oberflächen bestanden aus 0,19 cm (0,076 in) dickem rostfreiem Stahl und enthielten
Perforationen mit Durchmessern von 0,476 cm (0,1875 in). Für die geschlitzten Böden war
die offene Fläche jeden Schlitzes "C" 24,4 mm² (0,038 in²), und jeder Boden enthielt eine
einzelne 16,5 cm (6,5 in) hohe Antiaufstauchprallplatte. Die runden Perforationen der
vorliegenden Böden waren 14,2 % der aktiven (blasenbildenden) Fläche der Bodenoberfläche,
und die Schlitze waren 2,0 % der aktiven Fläche. Die ungeschlitzten (herkömmlichen) Böden
hatten eine offene Fläche von 16,3 % (nur runde Perforationen).
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Die Ergebnisse dieser Versuche zeigten, daß die geschlitzten Böden mit mehreren
Ablaufvorrichtungen die Schaumhöhen im Vergleich zu den ungeschlitzten Böden mit
mehreren
Ablaufvorrichtungen signifikant reduzierten. Bei hohen Dampfmengen reduzierten die
geschlitzten Böden die beobachtete Schaumhöhe um etwa 8,4 cm (3,3 in). Die Verminderung
der Schaumhöhe erlaubt, daß die vorliegenden Böden mit viel höheren
Dampfgeschwindigkeiten (d.h. F-Faktoren) arbeiten. So ergaben diese Experimente, daß die vorliegenden Böden mit
Schlitzen und Pralplatten eine größere Dampfkapazität als die ungeschitzten und nicht mit
Prallplatten versehenen Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen haben.
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Die zweite Apparatur ermöglichte eine Bewertung der vorliegenden Böden in einer
Anlage in gewerblichern Maßstab. Diese Kolonne hat einen Durchmesser von ungefähr 8 ft
(2,4 m) und enthält drei Böden von 30,5 cm (12 in) Bodenabstand. Die Böden enthielten vier
12,7 cm (5 in) breite Ablaufvorrichtungen mit einer Gesamtablaufvorrichtungshöhe von
16,5 cm (6,5 in). Diese Ablaufvorrichtungen erstreckten sich über die Bodenoberflächen um
2,54 cm (1,0 in). Die geschlitzten Böden hatten eine offene Fläche von 12,5 % infolge runder
Perforationen und eine offene Fläche von 1,8 % infolge von Schlitzen. Die Böden enthielten
auch 20,3 cm (8,0 in) hohe Antiaufstauchprallplatten. Die offene Fläche herkömmlicher Böden
war 14,4 % (nur runde Perforationen).
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Die Testkolonne von 18 ft (2,44 m) arbeitet bei Atmosphärendruck und verwendet
Luft und Wasser als die Testfließmittel. Versuche auf den Böden zeigten, daß die vorliegenden
Böden die Schaumhöhe im Vergleich mit herkömmlichen Böden erheblich reduzierten. Ein Test
mit einer Flüssigkeitswehrbeladung von 6,05 l/m.s (0,065 CF/s.ft) des Wehres und mit
geschlitzten Böden reduzierte die beobachtete Schaumhöhe um etwa 7,3 cm bei hohen
Dampfgeschwindigkeiten. Die Resultate dieser Versuche bestätigten die obigen Feststellungen
in der kleineren Testkolonne. Die vorliegenden geschlitzten und mit Prallplatten versehenen
Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen haben eine höhere Dampfkapazität als die
herkömmlichen Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen infolge der Fähigkeit der vorliegenden Böden,
die Schaumhöhe zu reduzieren. Überflutungspunkte bei den Kolonnen von 18 ft (2,44 m) bei
verschiedenen Flüssigkeitsflußgeschwindigkeiten sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die
Flüssigkeitsflußgeschwindigkeiten sind in Kubikfuß je Sekunde/Fuß des Wehres und in Litern je
Sekunde/Metern des Wehres angegeben. Die F-Faktoren der Tabelle 1 zeigen die
Dampfgeschwindigkeiten, bei denen der Schaum auf den Böden die Bodenabstände völlig ausfüllte.
Für Flüssigkeitswehrbeladungen bis zum 6,05 l/s.m (0,065 CF/s.ft) wurde bei den
vorliegenden Böden gefunden, da sie eine Dampfkapazitätssteigerung von 15 bis 22 % gegenüber den
herkömmlichen Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen haben.
Tabelle !
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Obwohl keine Bindung an eine spezielle Theorie erfolgen soll, wird doch angenommen,
daß die vorliegende Erfindung ihre verbesserte Leistung erreicht, indem sie den
Flüssigkeitströpfchen, die über der Bodenoberfläche suspendiert sind, eine horizontale Nettobewegung
erteilt. Diese Bewegung ist das Ergebnis einer Überführung von Bewegungsenergie von durch
die flußlenkenden Schlitze aufsteigenden Gasen auf die suspendierten Flüssigkeitströpfchen
Eine größere Anzahl der Tröpfchen wird daher in dem Bereich oberhalb des offenen oberen
Endes der Ablaufvorrichtung fließen, während sie suspendiert sind und in die
Ablaufvorrichtung fallen. Der Schaum wird auf diese Weise schneller von der Bodenoberfläche entfernt.
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Es ist auch möglich, daß die Schlitze dazu neigen, die Tröpfchen dazu zu veranlassen,
eine flachere (horizontalere) mittlere Fluglinie zu haben und dabei mit vertikal aufsteigenden
Tröpfchen zusammenzustoßen, die aus den runden Perforationen aufwärtsgesprüht werden.
Dies könnte die mittlere Höhe reduzieren, die von den Tröpfchen erreicht wird, die eine
anfängliche völlig vertikale Flugbahn haben.
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Die gesteigerte Leistung der vorliegenden Böden wurde in zwei tatsächliche
Trennungen vornehmenden zusätzlichen Versuchen bestätigt. In einem Test in einer
Universitätstestanlage unter Verwendung einer Kolonne mit einem Durchmesser von 60 cm, um Methanol
und Wasser zu trennen, wurde bestimmt, daß die Effizienz der vorliegenden Böden im
Vergleich mit bekannten Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen nicht abzunehmen scheint.
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Ein noch überzeugenderes Testergebnis wurde erhalten, wenn die herkömmlichen
Böden mit mehreren Ablaufvorrichtungen, die in einer gewerblichen Fraktionierkolonne
installiert waren, welche verwendet wurde, um Ethan von Ethylen zu trennen, durch die
Böden der vorliegenden Erfindung ersetzt wurden. Diese Änderung erlaubte, daß die Kolonne
mit 115 % ihrer früheren Kapazität arbeitete. Die Trenneffizienz wurde nicht vermindert. Es
wird angenommen, daß eine noch größere Steigerung der Kapazität erreicht werden könnte,
doch war keine weitere Kolonnenbeschickung verfügbar.