DE69410029T2

DE69410029T2 - Flüssigkeit-Dampf-Kontaktapparat

Info

Publication number: DE69410029T2
Application number: DE69410029T
Authority: DE
Inventors: John Terence Lavin
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2014-07-13
Also published as: JPH07163858A; AU6741094A; EP0635292A1; GB9315066D0; DE69410029D1; CA2127826A1; ZA945266B; EP0635292B1; US5591241A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtung.
Der hier verwendete Begriff "Dampf" umfaßt innerhalb seines Umfangs "Gas" und umgekehrt.
Die US-A-5 091119 betrifft eine Flüssigkeits-Gas-Kontaktvorrichtung, die umfaßt: einen Flüssigkeits-Gas-Kontaktboden mit einer flüssigkeitstragenden Fläche, entlang der im Gebrauch Flüssigkeit in der Lage ist, von einem Flüssigkeitsaufnahmerand der flüssigkeitstragenden Fläche zu deren gegenüberliegendem Flüssigkeitsauslaßrand zu strömen, eine Vielzahl von verlängerten Öffnungen in dem Boden für den. Durchgang von Gas von einem Bereich unter dem Boden zu einem Bereich über dem Boden, wobei jede Öffnung eine damit in Verbindung stehende Gasablenkungseinrichtung aufweist und so angeordnet ist, um auf das Gas eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung auf den Flüssigkeitsauslaßrand zu aufzubringen, und zumindest mehrere Flüssigkeitsströmungsimpedanzelemente, die die flüssigkeitstragende Fläche zwischen dem Flüssigkeitsaufnahmerand und dem Auslaßrand überlagern, wobei die Ablenkungseinrichtungen und Stromungsimpedanzelemente eine solche Höhe aufweisen, daß sie beim.Betrieb der Vorrichtung vollständig in die darüber strömende Flüssigkeit untergetaucht sind.; Der Boden umfaßt vorzugsweise eine Tafel aus Streckmetall. Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsströmungsimpedanzelemente durch eine zweite den Boden überlagernde Streckmetalltafel vorgesehen. Die Maschengröße der zweiten Tafel ist größer, als die der ersten Tafel. Die erste Streckmetalltafel weist typischerweise einen Prozentsatz an offener Fläche im Bereich von 20 bis 30 % auf. Die Flüssigkeits-Gas-Kontaktvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung als ein Destillationsboden beispielsweise zur Trennung von Luft geeignet. Im Vergleich zu herkömmlichen Destillationsböden bewirkt er einen relativ kleinen Druckabfall. Überdies weist die Flüssigkeits-Gas- Kontaktvorrichtung gute "Umschlag"-Eigenschaften auf. Das heißt, sie ist in der Lage, über einen Bereich von verschiedenen Gasströmungsraten (und daher Gasgeschwindigkeiten) bei einem hohen Wirkungsgrad zu arbeiten.
Die maximale Gasgeschwindigkeit, bei der derartige Flüssigkeits-Gas- Kontaktvorrichtungen wirksam verwendet werden können, ist durch die Tendenz begrenzt, daß der von einem Boden zu dem nächsten vertikal aufwärts strömende Dampf Flüssigkeit mit auf den nächsten Boden trägt. Demgemäß wird, wenn der Flüssigkeits-Dampf-Kontakt als ein Teil eines Destillationsprozesses ausgeführt wird, der aufsteigende Dampf wirksam mit einer wenig flüchtigen Komponente der zu destillierenden Mischung angereichert, mit dem Ergebnis, daß die Trennung wenig vollständig ausgeführt wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die dieses Problem verbessert.
Die DE-A-2 725 311 offenbart eine Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtung, die mit Strömungsöffnungen für Dampf versehen ist, die eine Transportwirkung in der Richtung eines Ablaufes erzeugen, an den die Vorrichtung Flüssigkeit zuführt. Über der Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtung ist eine Dispergierungsvorrichtung angeordnet, die auch mit den Strömungsöffnungen versehen ist, die eine Transportwirkung in der Richtung des Ablaufes bewirken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Flüssigkeits-Dampf-Kontaktkolonne umfaßt, die ein Feld von vertikal beabstandeten Flüssigkeits-Dampf-Kontaktböden enthält und eine Anordnung von Abläufen enthält, um Flüssigkeit von Boden zu Boden entlang des Feldes zu leiten, wobei ein Dampfraum zwischen zumindest einem Paar von benachbarten Böden eine Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung ist, die Dampfdurchgänge durch diese aufweist und im Gebrauch eine Oberiläche oder Oberflächen für die Strömung jeglicher abgeschiedenen Flüssigkeit darüber zu zumindest einem Auslaß definiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß in Flüssigkeitsströmungsverbindung mit dem unteren Boden des Paars steht.
Vorzugsweise weist die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung Ablenkungseinrichtungen auf, die dazu ausgebildet sind, auf das aufsteigende Fluid eine horizontale Geschwindigkeitskomponente vorzugsweise in der Richtung des zumindest einen Auslasses aufzubringen. Vorzugsweise umfaßt die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung eine Streckmetalltafel, die vorzugsweise horizontal angeordnet ist und eine große Zahl an Öffnungen umfaßt, von denen jede eine erhöhte Zunge aufweist, die im Gebrauch in der Lage ist, auf das aufsteigende Fluid die horizontale Geschwindigkeitskomponente aufzubringen.
Vorzugsweise umfassen die Böden jeweils einen Teil einer Flüssigkeits Gas-Vorrichtung, wie in dem US-Patent 5 091119 offenbart ist. Es können jedoch andere Arten eines Flüssigkeits-Dampf-Kontaktbodens verwendet werden, insbesondere diejenigen mit einem relativ großen Prozentsatz an offener Fläche im Bereich von ungefähr 20 bis 30 %. Die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung weist typischerweise einen Prozentsatz an offener Fläche in dem Bereich wie jeder Boden auf. Somit weist die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung vorzugsweise einen Prozentsatz an offener Fläche im Bereich von 20 bis 30 % auf.
Der zumindest eine Auslaß umfaßt vorzugsweise einen Rand der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung. Der Rand steht vorzugsweise mit dem unteren Boden des Paars über einen Ablauf in Verbindung, der beim Betrieb Flüssigkeit von dem oberen Boden zu dem unteren Boden leitet. Der zumindest eine Auslaß kann jedoch einfach eine relativ große Öffnung in der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (im Vergleich mit der Größe jedes Dampfdurchgangs durch diese) umfassen, wobei die Öffnung direkt über dem Einlaßende des unteren Bodens angeordnet ist, so daß im Gebrauch ermöglicht wird, daß abgeschiedene Flüssigkeit durch Schwerkraft auf den unteren Boden fällt.
Die vertikale Entfernung zwischen dem unteren Boden des Paares und der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung ist vorzugsweise größer, als die vertikale Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem oberen Boden des Paares.
Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht eine Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung zwischen jedem Paar von benachbarten Böden. Bei anderen Ausführungsformen besteht eine Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung zwischen jedem Paar von benachbarten Böden nur in gewissen Bereichen der Destillationskolonne, wobei diese typischerweise diejenigen Bereiche sind, bei denen die Dampfbeladung am schwersten ist (z. B. bei dem Beispiel der Niederdruckkolonne einer Doppelrektifikationskolonne zur Trennung von Luft ist es der Bereich, bei dem die im wesentlichen gesamte Argon-Sauerstoff- Trennung stattfindet).
Eine Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Destillationskolonne ist;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm mit größerem Maßstab als Fig. 1 ist, das einen Teil der in Fig. 1 veranschaulichten Destillationskolonne zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht von einem Bruchstüick einer Streckmetalltafel von dem Bereich über dem Flüssigkeitsauslaßrand ist, die einen Flüssigkeits-Dampf-Kontaktboden der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Destillationskolonne ausbildet;
Fig. 4 eine ähnliche Ansicht eines Bruchstückes einer Streckmetalltafel ist, die an das obere Teil der in Fig. 3 gezeigten Tafel gesichert ist;
Fig. 5 eine Draufsicht einer Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtung ist, die die Streckmetalltafeln umfaßt, deren Bruchstücke in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind;
Fig. 6 eine bruchstückhafte Schnittansicht der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ist; und
Fig. 7 eine Ansicht eines Bereiches über ihrem Flüssigkeitsauslaßrand einer Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung ist, der einen Teil der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Destillationskolonne bildet.
Fig. 8 ein Graph ist, der die Wirkung des F-Faktors auf den Druckabfall eines Flüssigkeits-Dampf-Kontaktbodens zeigt, der eine damit in Verbindung stehende Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtung aufweist.
Fig. 9 ein Graph ist, der die Wirkung der Überlaufbeladung auf den Durckabfall eines Flüssigkeits-Dampf-Kontaktbodens zeigt, der eine damit in Verbindung stehende Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtung aufweist.
Fig. 10 ein Graph ist, der die Wirkung des F-Faktors auf den Punktwirkungsgrad eines Flüssigkeits-Dampf-Kontaktbodens zeigt, der eine damit in Verbindung stehende Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtung aufweist.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Destillationskolonne 2 (oder eine andere Form einer Flüssigkeits-Dampf-Kontaktkolonne) gezeigt, die ein Feld 4 von vertikal beabstandeten Destillationsböden 6 (oder Flüssigkeits-Dampf- Kontaktböden) aufweist und eine Anordnung von Abläufen 8 aufweist, um Flüssigkeit von Boden 6 zu Boden 6 entlang des Feldes 4 zu leiten. Jeder Boden 6 weist durch diese ausgebildete Dampfdurchgänge 10 auf. Der Boden der Kolonne 2 ist mit einem Sumpf 12 ausgebildet, in dem sich Flüssigkeit sammelt. In die Flüssigkeit ist eine Kocheinrichtung 14 eingetaucht, durch die ein Erwärmungsfluid beim Betrieb der Kolonne 2 geleitet wird, um Flüssigkeit in dem Sumpf 12 zu kochen. Demgemäß wird eine Aufwärtsströmung an Dampf durch die Kolonne erzeugt. In Verbindung mit dem oberen Teil der Destillationskolonne 2 steht eine Kondensationseinrichtung 16. Beim Betrieb strömt Dampf aus dem oberen Teil der Kolonne 2 in die Kondensationseinrichtung 16, wird darin kondensiert und zumindest ein Teil des resultierenden Kondensats wird an den oberen Teil der Kolonne 2 rückgeführt, um eine Abwärtsströmung an Flüssigkeit durch diese zu bewirken. Der aufsteigende Dampf tritt auf jedem Destillationsboden 6 in eine enge Stoffaustauschbeziehung mit der absteigenden Flüssigkeit. Demgemäß wird, wenn in der Kolonne 2 eine Zweikomponentenmischung durch fraktionierende Destillation getrennt wird, der aufsteigende Dampf mit der flüchtigeren der beiden Komponenten und die absteigende Flüssigkeit mit der weniger flüchtigen der beiden Komponenten fortschreitend reicher. Die Destillationskolonne 2 besitzt einen Einlaß 18 für zu trennendes Fluid, einen Auslaß 20 nahe ihrem Boden für ein Produkt, das mit der weniger flüchtigen Komponente angereichert ist, und einen Auslaß 22 nahe ihrem oberen Teil für ein Produkt, das mit der flüchtigeren Komponente angereichert ist. Bei einem Beispiel ist die zu trennende Mischung komprimierte Luft, die bei ihrer Sättigungstemperatur im wesentlichen frei von ihren weniger flüchtigen Bestandteilen ist, wie beispielsweise Kohlendioxid und Wasserdampf; das Produkt, das durch den Auslaß 20 abgezogen wird, ist Sauerstoff und das Produkt, das durch den Auslaß 22 abgezogen wird, ist Stickstoff.
Obwohl nicht in Fig. 1 gezeigt ist, ist zwischen jedem Paar von oberen und unteren Böden 6 eine Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung angeordnet. Derartige Vorrichtungen sind in Fig. 2 veranschaulicht.
In Fig. 2 ist eine Reihenfolge von drei Böden 6a, 6b und 6c in der Kolonne 2 gezeigt. Ein Ablauf 8a leitet Flüssigkeit auf den Boden 6a von dem Boden unmittelbar darüber (nicht in Fig. 2 gezeigt); ein Ablauf 8b leitet Flüssigkeit von Boden 6a zu 6b; ein Ablauf 8c leitet Flüssigkeit von dem Boden 6b zu 6c; und ein Ablauf 8d leitet Flüssigkeit von dem Boden 6c zu dem Boden unmittelbar darunter (nicht in Fig. 2 gezeigt). Jeder Boden umfaßt eine Tafel 24 (siehe Fig. 3) aus Streckmetall mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Spalten 26. Die Spalte 26 bilden die Dampfdurchgänge 10, die in den Fig. 1 und 2 schematisch veranschaulicht sind. Jeder Spalt weist eine in Verbindung damit stehende erhöhte Zunge 27 auf (wie in Fig. 3 gezeigt ist).
In Fig. 2 weist jeder Boden 6 eine sich darüber erstreckende und in Kontakt mit ihrer oberen Fläche stehende zweite Streckmetalltafel 28 auf. Diese Tafel ist in Fig. 4 dargestellt. Die Maschengröße der Tafel 28 ist beträchtlich größer als die der zugeordneten unteren Tafel 24. Die Anordnung eines Destillationsbodens 6, der eine untere Streckmetalltafel 24 umfaßt, die eine damit in Verbindung stehende obere Tafel 28 aufweist, ist ferner in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht. Bei Fig. 5 ist im Gebrauch die obere Tafel 28 vollständig in darüber strömende Flüssigkeit untergetaucht. Die Zungen 27 der unteren Tafel 24 bringen auf den aufsteigenden Dampf eine horizontale Geschwindigkeitskomponente in der Richtung des Auslaßrandes 30 (siehe Fig. 6) des Bodens auf. Die obere Streckmetalltafel 28 weist Stränge 32 auf, die die Flüssigkeitsströmung auf den Auslaßrand des Bodens zu beschränken. Somit ist die obere Tafel 28 in der Lage, die Flüssigkeitsströmung über den Boden zu mäßigen. Auf jedem Boden 6 findet ein wirksamer Flüssigkeits-Dampf-Kontakt statt. Weitere Information über die Gestaltung und den Betrieb einer Flüssigkeits-Dampf- Kontaktvorrichtung, die eine untere und eine obere Streckmetalltafel umfaßt, ist in der US-Patentbeschreibung 5 091119 enthalten.
In Fig. 2 sind Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtungen 34a, 34b und 34c gezeigt. Die Vorrichtung 34a ist zwischen den Böden 6a und 6b angeordnet, die Vorrichtung 34b ist zwischen den Böden 6b und 6c angeordnet und die Vorrichtung 34c ist zwischen dem Boden 6c und dem unmittelbar darunterliegenden Boden (nicht in Fig. 2 gezeigt) angeordnet. Jede Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung 34 umfaßt eine Streckmetalltafel 36. Ein Bruchstück einer derartigen Tafel 36 ist in Fig. 7 gezeigt und weist eine Vielzahl von durch diese ausgebildeten Spalten 38 auf. In Verbindung mit jedem Spalt 38 steht eine erhöhte Zunge 40. Die Tafeln 36 weisen vorzugsweise die gleiche Maschengröße wie die Streckmetalltafeln 24 auf. Typischerweise ist diese Größe derart, daß die jeweiligen Tafeln eine offene Fläche von 20 bis 30 % aufweisen. Beim Betrieb wird Dampf, der in der Vorrichtung 34 aufwärts durch die Spalte 38 strömt, im wesentlichen horizontal abgelenkt. Als Folge des Dichteunterschiedes zwischen dem Dampf und jeglicher darin mitgeführter Flüssigkeit neigt diese Ablenkung dazu, Flüssigkeit von dem Dampf abzuscheiden. Es wird bewirkt, daß die Flüssigkeit entlang der oberen Fläche 42 der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung 34 strömt. Der Dampf steigt zu dem Boden 6 darüber auf. Die Zungen 40 sind so orientiert, daß sie die abgeschiedene Flüssigkeit in der Richtung eines Flüssigkeitsauslaßrandes 44 jeder Vorrichtung 34 (siehe Fig. 2) ablenken. Jeder Flüssigkeitsauslaßrand 44 leitet Flüssigkeit an einen zugeordneten Ablauf durch einen Schlitz 46 in der Wand des jeweiligen Ablaufes 8 zu. Abgeschiedene Flüssigkeit wird somit zu dem Einlaßende des Bodens 6 unmittelbar darunter über den Ablauf 8, der den Boden 6 versorgt, zurückgeführt. Jede Vorrichtung 34 besitzt eine im allgemeinen kreisförmige Form mit einem Sehnenflüssigkeitsauslaßrand 44 und hat im allgemeinen die gleichen Abmessungen, wie der Boden 6 unmittelbar darüber.
Jede Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung 34, die zwischen einem jeweiligen Paar an Böden 6 angeordnet ist, ist vorzugsweise näher an dem oberen Boden als an dem unteren Boden gelegen.
Jede Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung 34 führt eine deutlich verschiedene Funktion von der der Böden 6 aus. Der Stoffaustausch zwischen den Flüssigkeits- und Dampfphasen findet auf den Böden statt. Eine relativ kleine Menge an Stoffaustausch findet auf den Vorrichtungen 34 statt. Jeder Boden 6 nimmt Flüssigkeit von einem darübergelegenen Boden und Dampf von einem daruntergelegenen Boden auf. Die Flüssigkeitsund Dampfzusammensetzungen sind deshalb im wesentlichen verschieden von Gleichgewichtskonzentrationen und es besteht tatsächlich eine Zusammensetzungsantriebskraft, die die Stoffübertragung zwischen den Flüssigkeits- und Dampfphasen begünstigt. Jede Vorrichtung 34 neigt jedoch dazu, sowohl Flüssigkeit als auch Dampf von dem darunterliegenden Boden aufzunehmen. Es besteht deshalb eine wesentlich kleinere Zusammensetzungsantriebskraft, die den Stoffaustausch zwischen den Flüssigkeits- und Dampfphasen auf den Vorrichtungen 34 begünstigt. Überdies besteht, da beim normalen Betrieb die einzige Flüssigkeit, die durch jede Vorrichtung 34 aufgenommen wird, diejenige ist, die in dem Dampf, der von dem Boden 6 darunter aufsteigt, mitgeführt wird, eine relativ kleine Flüssigkeitstiefe auf der Vorrichtung und daher eine kürzere Kontaktdurchschnittsperiode zwischen jedem einzelnen Gasmolekül und Flüssigkeit. Zusätzlich neigt die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit auf jeder Vorrichtung 34 dazu, daß sie größer als auf jedem Boden 6 ist, da die Vorrichtungen 34 keine obere Streckmetalltafel aufweisen, auf der sich die Flüssigkeitsströmung verlangsamt. Somit besteht wenig Möglichkeit, daß irgendein Hauptgrad an Stoffaustausch auf den Vorrichtungen 34 stattfindet.
Bei einem Betriebsbeispiel einer Destillationskolonne zur Trennung von Luft besteht ein Abstand von 15 cm zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden Böden. Die Böden sind von einer Art, wie in den Fig. 3 bis 6 der begleitenden Zeichnungen gezeigt ist. Die Kolonne ist dazu in der Lage, daß sie bei maximalen F-Werten von bis zu 1,7 Metern pro Sekunde wirkungsvoll betrieben wird. Über diesem maximalen Wert ist die Turbulenz der Flüssigkeits-Dampf-Mischung auf jedem Boden 6 derart, daß sie dazu neigt, daß Flüssigkeit mit dem Dampf von einem Boden zu dem nächsten darüber übertragen wird. Um die Kolonne wirkungsvoll bei einem F-Wert von 5 m/s zu betreiben, würde es einen annähernden Abstand von 61 cm zwischen aufeinanderfolgenden Böden ei-fordern. Es ist jedoch herausgefunden worden, daß durch die Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung der Bodenabstand lediglich 20,3 cm betragen kann, wenn mit einem F-Wert von 5 m/s gearbeitet wird. Bei einer derartigen Anordnung beträgt die vertikale Entfernung zwischen dem oberen Boden und der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung 5 cm und der vertikale Abstand zwischen der Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtung und dem unteren Boden beträgt 15 cm. Es kann somit angenommen werden, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung für eine gegebene Anzahl von Böden in einer Flüssigkeits-Dampf- Kontaktkolonne einen wesentlich breiteren Betriebsbereich für einen gegebenen Bodenabstand leistet, aber auf Kosten eines erhöhten Druckabfalls.
Ein anderer Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, daß sie sowohl tatsächlich ermöglicht, daß die maximale tolerierbare Dampfgeschwindigkeit erhöht wird, als auch, daß sie ermöglichen kann, daß die minimale tolerierbare Dampfgeschwindigkeit verringert wird. Ein gut bekanntes pHänomen beim Betrieb von Destillationsböden besteht darin, daß, wenn die Dampfgeschwindigkeit zu niedrig ist, die Böden zum Abfließen neigen, das heißt, daß Flüssigkeit durch die Dampfdurchgänge von einem Boden zu dem nächsten darunter fällt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht, daß derartige Flüssigkeit durch die Flüssigkeits Dampf-Abscheidungsvorrichtungen abgefangen und auf eine geregelte Weise zu dem Boden darunter zugeführt wird. Demgemäß kann ein kleinerer Grad an Abfließen tolerierbar sein. Falls es erforderlich oder nicht erforderlich ist, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen gewissen Grad an Abfließen anpaßt, ist dies ein Faktor, der die Konstruktion der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung beeinflussen kann. Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 7 eine Notwendigkeit besteht, sich um das Abfließen zu sorgen, kann es notwendig werden, daß die Größe der Spalte 38 kleiner als die der Spalte 26 in der Tafel 24, die in Fig. 3 gezeigt ist, wird. Wenn andererseits keine Notwendigkeit dafür besteht, sich um das Abfließen zu sorgen, kann die Größe der Spalte 38 in der Tafel 36 größer als die der Spalte 26 in der Tafel 24 sein, obwohl es geeigneter sein kann, die Tafeln 24 und 36 aus identischem Streckmetall herzustellen.
Es wurde eine quantitative hydraulische Untersuchung der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf einem hydraulischen Testaufbau durchgeführt, der folgendes umfaßte, eine Dreibodentesteinheit mit einer Breite von 7 cm, um Luft-F-Faktoren von bis zu ungefähr 6, die beobachtet wurden, zu ermöglichen, ein Luftgebläse und einen Luftverteiler an dem Boden der Einheit, um zu ermöglichen, daß eine Luftströmung aufwärts durch die Testeinheit erzeugt wird, und eine Wasserpumpe, um zu ermöglichen, daß eine Wasserströmung abwärts durch die Testeinheit erzeugt wird. Der Bodenabstand betrug ungefähr 20 cm. Die Länge des Flüssigkeitsströmungsweges entlang jedes Bodens betrug 120 cm, was ausreichend war, um jegliche hydraulischen Gradienteneffekte zu überwachen. Die Abläufe waren groß genug, um zu ermöglichen, daß hohe Flüssigkeitsbeladungen studiert werden konnten, wobei die Wasserpumpe in der Lage war, Beladungen gut über 300 cm³/cm 5 zu schaffen. Die Ablauf-Unterlauf- Spielräume waren auf bis zu 5 cm Spielraum einstellbar und jeder Schlitz, durch den eine Flüssigkeitsabscheidungsvorrichtung abgefangene Flüssigkeit in einen zugeordneten Ablaufleitete, war auf bis zu 3 cm einstellbar.
Abscheidungsvorrichtungen wurden in Verbindung mit den beiden unteren Böden des Aufbaus aber nicht mit dem oberen Boden angewendet. Es wurde eine Abscheideeinlage in dem Gasraum über dem oberen Boden angeordnet.
Jeder der drei Böden des Testaufbaues umfaßte zwei Tafeln von überlagertem Streckmetall und stand somit in Übereinstimmung mit dem US- Patent 5 091119. Bei jedem Boden bestand die untere Tafel aus EXPA- MET 408-Streckmetall und die obere (Strömungssteuerungs-) Tafel bestand aus EXPAMET 2089-Streckmetall. Die untere Tafel aus EXPA- MET 408-Streckmetall wies verlängerte Schlitze ungefähr 15 mm lang und ungefähr 2 mm breit auf, die eine hohe maximale offene Fläche von ungefähr 40 % der Blasenfläche auf der Bodenoberfläche vorsahen. Das Material, das für die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtungen in Verbindung mit den beiden unteren Böden gewählt wurde, war auch EXPA- MET 408-Streckmetall, obwohl EXPAMET 607-Streckmetall, das eine offene Fläche von ungefähr 22,5 % Maximum aufwies, beispielsweise alternativ verwendet werden könnte (EXPAMET ist eine Marke).
Bei einer Modifikation der in Fig. 2 gezeigten Anordnung erstreckten sich die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungstafeln beide von der Kolonnenwand an ihrem oberstromigen Ende, um so den Zusammenbau zu vereinfachen. (Wenn es gewünscht ist, kann jedoch jede Abscheidungstafel durch Böden gestützt werden, die sich abwärts von dem Boden darüber erstrecken.)
Bei den unten dargelegten Ergebnissen war jeder Ablauf-Unterlauf- Spielraum bei 2,5 cm eingestellt und die Breite des Schlitzes, durch den jede Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung abgefangene Flüssigkeit an einen zugeordneten Ablaufleitete, betrug 1 cm.
In der nachfolgenden Tabelle sind Ergebnisse dargelegt, die die Variation des F-Faktors mit der Überlaufbeladung und dem Druckabfall für den mittleren Boden der drei zeigt. (Die Ablesungen für den Druckabfall stehen für die Kombination des Bodens und seiner zugeordneten Abscheidungsvorrichtung.) Es wurden Bemerkungen über die Beschaffenheit der Flüssigkeitsströmung bei den verschiedenen Überlaufbeladungen und F- Faktoren gemacht. Mit einer Überlaufbeladung von 100 cm³ cm&supmin;¹ s&supmin;¹ wurden gute Flüssigkeitsströmungszustände beobachtet, wenn der F-Faktor in der Höhe von 6 lag; ein bemerkenswertes Ergebnis, da hydraulische Schwierigkeiten bei herkömmlichen Siebböden normalerweise bei wesentlich niedrigeren F-Faktoren auftreten. Die in der Tabelle gezeigten Ergebnisse sind graphisch in den Fig. 8 und 9 der begleitenden Zeichnungen dargestellt.
In Fig. 10 sind die Ergebnisse für den Punktwirkungsgrad für die in dem Hydrauliktestaufbau getestete Boden-Abscheidungsvorrichtungskombination gezeigt. Die ausgefüllten Kreise stellen Ergebnisse für die Boden- Abscheidungsvorrichtungskombination dar. Die nicht ausgefüllten Kreise und nicht ausgefüllten Dreiecke stellen Ergebnisse dar, die früher für zwei Destillationsböden in Übereinstimmung mit dem US-Patent 5 091119 erhalten wurden, wobei ein Boden eine untere Tafel aus EXPAMET 408- Streckmetall und eine obere Tafel aus EXPAMET 1294-Streckmetall aufwies (wobei die Ergebnisse für diesen Boden durch die nicht ausgefüllten Dreiecke dargestellt sind), und der andere Boden eine untere Tafel aus EXPAMET 607-Streckmetall und eine obere Tafel aus EXPAMET 2089 aufwies (wobei die Ergebnisse für diesen Boden durch die nicht ausgefüllten Kreise dargestellt sind). Annehmbare Punktwirkungsgrade für die Boden-Abscheidungsvorrichtungskombination gemäß der Erfindung werden bei F-Faktoren von ungefähr 4 und ungefähr 5 erzielt; derartige Ergebnisse können nicht mit den beiden bekannten Destillationsböden erzielt werden, wenn sie nicht mit den Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtungen gemäß der Erfindung versehen sind. Überdies weist die Kombination des Bodens und der Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung bei F- Faktoren von 2 und 3 im wesentlichen einen höheren Punktwirkungsgrad auf, als einer der herkömmlichen Böden.
Die erzielten experimentellen Ergebnisse deuten auf die Möglichkeit einer wesentlichen Verringerung des Durchmessers von Destillationskolonnen ohne nachteilige Beeinflussung ihrer Leistung hin. TABELLE
ANMERKUNG: Der F-Faktor ist in Einheiten von [(m/s).(kg/m³)1/2] ausgedrückt.

Claims

1.Vorrichtung, umfassend eine Flüssigkeits-Dampf-Kontaktkolonne (2), die ein Feld (4) von vertikal beabstandeten Flüssigkeits-Dampf- Kontaktböden (6) enthält und eine Anordnung von Abläufen (8) enthält, um Flüssigkeit von Boden (6) zu Boden (6) entlang des Feldes (4) zu leiten, wobei in einem Dampfraum zwischen zumindest einem Paar von benachbarten Böden (6) eine Flüssigkeits-Dampf- Abscheidungsvorrichtung (34) angeordnet ist, die Dampfdurchgänge durch diese aufweist und im Gebrauch eine Fläche oder Flächen für die Strömung jeglicher abgeschiedener Flüssigkeit darüber zu zumindest einem Auslaß (44) definiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (44) in Flüssigkeitsströmungsverbindung mit dem unteren Boden des Paares steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) Ablenkungseinrichtungen (40) aufweist, die dazu ausgebildet sind, um auf aufsteigendes Fluid eine horizontale Geschwindigkeitskomponente in der Richtung des zumindest einen Auslasses (44) aufzubringen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) eine Tafel (36) aus Streckmetall aufweist, die eine Vielzahl an Öffnungen (38) umfaßt, wobei jede eine erhöhte Zunge (40) aufweist, die im Gebrauch dazu in der Lage ist, auf aufsteigendes Fluid die horizontale Geschwindigkeitskomponente aufzubringen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tafel (36) aus Streckmetall im wesentlichen horizontal angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Boden (6) eine flüssigkeitstragende Oberfläche aufweist, entlang der im Gebrauch Flüssigkeit in der Lage ist, von einem Flüssigkeits aufnahmerand der flüssigkeitstragenden Fläche zu einem gegenüberliegenden Flüssigkeitsauslaßrand davon zu strömen, und eine Vielzahl von verlängerten Öffnungen (26) in dem Boden für den Durchgang von Dampf von einem Bereich unter dem Boden zu einem Bereich über dem Boden aufweist, wobei jede Öffnung (26) eine damit in Verbindung stehende Gasablenkungseinrichtung (27) aufweist, die so angeordnet ist, um auf das Gas eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung auf den Flüssigkeitsauslaßrand zu aufzubringen, der Boden (6) mit zumindest verschiedenen Strömungsimpedanzelementen (32) zusammenwirkt, die die flüssigkeitstragende Oberfläche überlagern, und die Ablenkungseinrichtungen (27) und Strömungsimpedanzelemente (32) eine derartige Höhe aufweisen, daß sie beim Betrieb des Bodens vollständig in die darüberströmende Flüssigkeit untergetaucht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jeder Boden (6) und seine Gasablenkungseinrichtungen (27) durch eine untere Tafel (24) aus Streckmetall vorgesehen sind, und die Strömungsimpedanzelemente durch eine obere Tafel (28) aus Streckmetall vorgesehen sind, wobei die obere Tafel (28) eine größere Maschengröße als die untere Tafel (27) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei jeder Boden (16) einen Prozentsatz an offener Fläche im Bereich von 20 bis 30 % aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung einen Prozentsatz an offener Fläche im Bereich von 20 bis 30 % aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Auslaß (44) der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) einen Rand von dieser umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsauslaßrand (44) der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) in Verbindung mit dem unteren Boden (6) des Paares über einen Ablauf (8) in Verbindung steht, der beim Betrieb Flüssigkeit von dem oberen Boden (6) zu dem unteren Boden (6) leitet.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Entfernung zwischen dem unteren Boden (6) und der Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) größer als die vertikale Entfernung zwischen der Flüssigkeits- Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) und dem oberen Boden (6) ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeits-Dampf-Abscheidungsvorrichtung (34) zwischen jedem Paar von benachbarten Böden (6) in dem Feld (4) vorhanden ist, wobei jede Vorrichtung (34) Dampfdurchgänge durch diese aufweist und im Gebrauch eine Fläche oder Flächen für die Strömung jeglicher abgeschiedenen Flüssigkeit darüber zu zumindest einem Auslaß (44) in Flüssigkeitsströmungsverbindung mit dem unteren Boden (6) des Paares definiert.