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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen
Stoffübertragungs-
und Wärmeaustauschsäulen und
insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung
der Dampfverteilung in derartigen Säulen.
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Die Wechselwirkung zwischen Dampf
und Flüssigkeit
ist in vielen Arten von Stoffübertragungs- und
Wärmeaustauschprozessen
erforderlich. Normalerweise wird der Dampfstrom unter einer Region, welche
Böden oder
einen regellosen oder strukturierten Füllkörper enthält, in eine Säule eingeführt, während der
Flüssigkeitsstrom über den
Böden oder
dem Füllkörper in
die Säule
eingeführt
wird. Die Dampf- und Flüssigkeitsströme strömen dann
in gegenläufiger
Beziehung durch die Region, wobei der Boden oder der Füllkörper dazu
dienen, den abwärts
fließenden
Flüssigkeitsstrom über eine
größere Oberfläche zu verteilen,
um die Wechselwirkung mit dem aufwärts strömenden Dampfstrom zu verbessern.
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Um den Wirkungsgrad der Stoffübertragung oder
des Wärmeaustausches,
welche zwischen den Dampf- und Flüssigkeitsströmen stattfinden,
zu erhöhen,
ist es wichtig, dass der Dampf gleichmäßig über den horizontalen Querschnitt
der Säule
verteilt wird, insbesondere an der unteren Dampf-Flüssigkeits-Schnittstelle,
wo der Dampf in den Füllkörper eintritt.
Wenn der Dampf unter dem Füllkörper in
die Säule
eingeführt
wird, kann die Geschwindigkeit des Dampfes die gewünschte horizontale
Verteilung des Dampfes vor seinem Eintritt in den Füllkörper verhindern.
Um die Dampfverteilung zu verbessern, wurden in manchen Säulen Ablenkplatten
in der Strömungsbahn
des Dampfes positioniert, um den Dampf in eine Mehrzahl von Richtungen
anzulenken. Ein anderes Beispiel für einen herkömmlichen
Dampfverteiler, welcher als Dampfhorn bekannt ist, wird im US-Patent
Nr. 5,106,544 offenbart. Das Dampfhorn, welches in diesem Patent
offenbart wird, umfasst ein ringförmiges Gehäuse, welches am Boden offen
ist und eine Mehrzahl von Schaufeln enthält, um die Abwärtsablenkung
des peripher strömenden
Dampfstroms zu bewirken. Es heißt,
dass der nach unten abgelenkte Dampf dann auf eine gleichmäßige Weise
in ein Füllungsbett
aufsteigt, welches vom Dampfhorn radial nach innen positioniert
ist.
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In W095 04580A wird ein anderer Dampfverteiler
offenbart, welcher Dampfauslassöffnungen
in der ringförmigen
Innenwand des Verteilers umfasst, um zu erlauben, dass Dampf vom
Verteiler an voneinander beabstandeten Stellen nach innen abgeführt wird.
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Obwohl Umfangsdampfhörner bei
vielen Anwendungen zufrieden stellend funktionieren können, wurde
festgestellt, dass sich unter bestimmten Betriebsbedingungen eine
Fehlverteilung des Dampfstroms ergeben kann. Es wird angenommen,
dass diese Fehlverteilung durch den Dampfstrom
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Text fehlt
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wird, welcher durch eine wirbelnde
oder zyklonartige Strö
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Text fehlt
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wandert, nachdem er vom Dampfhorn
abgeführt
wurde. Infolge dieser zyklonartigen Dampfströmung wird in der Mitte der
Säule eine
Zone niedriger Geschwindigkeit erzeugt, und benachbart zur Innenwand
des Dampfhorns wird eine Hochgeschwindigkeitszone erzeugt. Diese
Geschwindigkeitsunterschiede verringern dann die Dampfmenge, welche
in den Mittelabschnitt des darüber
liegenden Füllkörpers eintritt,
und erhöhen
die Dampfmenge in den radialen äußeren Abschnitten
des Füllkörpers. Sobald der
Dampf in den Füllkörper eingetreten
ist, kann diese Fehlverteilung nicht mehr leicht korrigiert werden und
verringert den Wirkungsgrad der Stoffübertragung, welche innerhalb
des Füllkörpers stattfindet.
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Es entstand ein Bedarf an einem verbesserten
Umfangsdampfverteiler oder -horn, welches diesen zyklonartigen Effekt überwindet,
um eine gleichmäßigere Verteilung
von Dampf über
den horizontalen Querschnitt einer Stoffübertragungs- oder Wärmeaustauschsäule bereitzustellen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Hauptaufgabe dieser Erfindung
ist es, einen Umfangsdampfverteiler bereitzustellen, welcher bewirkt,
dass die horizontale Verteilung von Dampf, welcher in eine Stoffübertragungs-
oder Wärmeaustauschsäule eintritt,
gesteigert wird, so dass eine verbesserte Wechselwirkung zwischen
Dampf und Flüssigkeit
in der Säule
erreicht werden kann.
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Eine andere Hauptaufgabe dieser Erfindung ist
es, die horizontale Fehlverteilung von Dampf nach seinem Eintritt
in die Säule
durch Auflösen
des zyklonartigen Effekts, welcher sich aus der peripheren Abführung des
Dampfstroms von einem Dampfverteiler ergeben kann, zu verringern.
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Um diese und andere verwandte Aufgaben zu
bewerkstelligen, ist die Erfindung in einem Aspekt an eine Dampfverteilungsvorrichtung
zur Anordnung innerhalb einer Stoffübertragungs- oder Wärmeaustauschsäule mit
einer äußeren Ummantelung,
einer Dampfeinlassdüse,
welche sich durch die äußere Ummantelung
erstreckt, und einem offenen inneren Volumen, durch welches Dampf-
und Flüssigkeitsströme fließen und
aufeinander einwirken können, gerichtet.
Die Vorrichtung umfasst: einen Verteiler, welcher einen ringförmigen Strömungskanal
definiert, welcher zur Anordnung in Dampfströmungskommunikation mit der
Dampfeinlassdüse
geeignet ist, um einen Dampfstrom, welcher die Säule durch die Dampfeinlassdüse betritt,
zu empfangen und den Dampfstrom in wenigstens einer Strömungsrichtung um
einen inneren Umfang der Säulenummantelung zu
befördern,
wobei der Verteiler eine ringförmige
Innenwand, welche eine radial innere Wand des Strömungskanals
definiert, und eine Deckplatte, welche ein wenigstens im Wesentlichen
geschlossenes oberes Ende des Strömungskanals bildet, aufweist,
wobei die ringförmige
Innenwand eine nach außen
gerichtete Seite aufweist, welche dem Strömungskanal zugewendet ist,
und eine nach innen gerichtete Seite, welche vom Strömungskanal
weg gewendet ist, und der Verteiler ferner einen wenigstens teilweise
offenen Boden in Dampfströmungskommunikation
mit dem Strömungskanal
aufweist, um zu erlauben, dass wenigstens Teile des Dampfstroms
in dem Strömungskanal
durch den wenigstens teilweise offenen Boden abgeführt werden,
und ferner eine Ablenkplatte umfasst, welche einen ersten Abschnitt
aufweist, der sich im Allgemeinen entlang der nach innen gerichteten
Seite der ringförmigen
Innenwand nach oben erstreckt, um mit dem Dampf, welcher die nach innen
gerichteten Seite der ringförmigen
Innenwand peripher entlang wandert, in Kontakt zu kommen und ihn
davon weg abzulenken. Ein zweiter Abschnitt der Ablenkplatte erstreckt
sich unter der ringförmigen
Innenwand, um einen Teil des Dampfstroms, welcher durch den wenigstens
teilweise offenen Boden des Verteilers abgeführt wird, in einer radial nach
innen gerichteten Richtung abzulenken.
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In einem weiteren Aspekt ist die
Erfindung an ein Verfahren zum Verteilen eines Dampfstroms vom Verteiler
innerhalb der Säule
gerichtet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Einführen des Dampfstroms
in den Verteiler durch eine Dampfeinlassdüse, welche sich durch eine äußere Ummantelung
der Säule
erstreckt; Leiten des Dampfstroms in einer peripheren Richtung innerhalb
des Verteilers; Abführen
wenigstens eines Teils des Dampfstroms von innerhalb des Verteilers
durch einen wenigstens teilweise offenen Boden des Verteilers; Erlauben, dass
der abgeführte
Dampfstrom durch einen inneren ringförmigen Raum innerhalb des Verteilers
aufsteigt, während
er in der peripheren Richtung wandert; und Treffen des aufsteigenden
Dampfstroms auf eine Ablenkplatte, welche einen ersten Abschnitt aufweist,
der sich im Allge meinen entlang einer radial nach innen gerichteten
Seite einer ringförmigen
Innenwand des Verteilers nach oben erstreckt, um den aufsteigenden
Dampfstrom von der peripheren Richtung weg abzulenken, um eine gleichmäßigere horizontale
Verteilung des aufsteigenden Dampfstroms zu bewirken.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In den beiliegenden Zeichnungen,
welche Teil der Beschreibung und in Verbindung damit zu betrachten
sind und bei welchen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um
gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten anzuzeigen, ist:
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1 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht einer Säule,
welche eine Dampfeinlassdüse,
sowie einen Verteiler nach dem Stand der Technik und eine Füllungszone,
welche durch gestrichelte Linien veranschaulicht sind, darstellt;
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2 eine
vergrößerte Draufsicht
von oben der Säule
und des Dampfverteilers im horizontalen Schnitt entlang der Linie
2-2 von 1 in der Richtung
der Pfeile, wobei die Strömungsrichtung
des Dampfes durch den Verteiler durch Pfeile veranschaulicht ist;
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3 eine
Seitenansicht der Säule
und des Dampfverteilers im vertikalen Schnitt entlang der Linie
3-3 von 2 in der Richtung
der Pfeile;
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4 eine
bruchstückhafte
Draufsicht von oben eines Endabschnitts einer alternativen Ausführungsform
eines Dampfverteilers nach dem Stand der Technik;
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5 eine
Draufsicht von oben einer anderen Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte der Deckplatte zu Veranschaulichungszwecken
weggebrochen sind;
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6 eine
bruchstückhafte
Draufsicht von oben einer weiteren Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik;
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7 eine
Draufsicht von oben einer vierten Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik;
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8 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 7 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 8-8 von 7 in
der Richtung der Pfeile;
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9 eine
Draufsicht von oben einer anderen Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte weggebrochen sind,
um den offenen Boden des Verteilers zu veranschaulichen;
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10 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 9 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 10-10 von 9 in
der Richtung der Pfeile;
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11 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 9 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 11-11 von 9 in
der Richtung der Pfeile, wobei Abschnitte weggebrochen sind, um
den offenen Boden des Verteilers zu zeigen;
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12 eine
bruchstückhafte
Draufsicht von oben einer noch anderen Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte weggebrochen sind,
um Einzelheiten der Konstruktion zu veranschaulichen;
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13 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 12 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 13-13 von 12 in
der Richtung der Pfeile, wobei Abschnitte einer Innenwand des Verteilers
zu Veranschaulichungszwecken weggebrochen sind;
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14 eine
bruchstückhafte
Draufsicht von oben einer weiteren Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte weggebrochen sind,
um Einzelheiten der Konstruktion zu veranschaulichen;
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15 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 14 dargestellt ist, entlang der Linie
15-15 von 14 in der
Richtung der Pfeile;
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16 eine
bruchstückhafte
Draufsicht von oben einer noch weiteren Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte weggebrochen sind,
um den offenen Boden des Verteilers zu zeigen;
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17 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 16 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 17-17 von 16 in
der Richtung der Pfeile;
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18 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 16 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 18-18 von 16 in
der Richtung der Pfeile;
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19 eine
Draufsicht von oben anderer Ausführungsformen
eines Dampfverteilers nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte
des geschlossenen oberen Endes des Verteilers weggebrochen sind,
um den offenen Boden des Verteilers zu zeigen;
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20 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 19 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 20-20 von 19 in
der Richtung der Pfeile;
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21 eine
Draufsicht von oben einer weiteren Ausführungsform eines Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik, wobei Abschnitte des geschlossenen oberen
Endes des Verteilers weggebrochen sind, um den offenen Boden des
Verteilers zu zeigen;
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22 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers, welcher in 21 dargestellt ist, im vertikalen Schnitt
entlang der Linie 22-22 von 21 in
der Richtung der Pfeile:
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23 eine
Draufsicht von oben einer ersten Ausführungsform eines Dampfverteilers
der vorliegenden Erfindung, wobei die Ansicht im horizontalen Schnitt
genommen ist und Abschnitte des Verteilers zu Veranschaulichungszwecken
weggebrochen sind;
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24 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht des Dampfverteilers im vertikalen Schnitt entlang
der Linie 24-24 von 23 in
der Richtung der Pfeile;
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25 eine
bruchstückhafte
perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Dampfverteilers, welcher
in 23 dargestellt ist;
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26 eine
Draufsicht von oben einer anderen Ausführungsform des Dampfverteilers
der vorliegenden Erfindung;
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27 eine
Draufsicht von oben einer noch anderen Ausführungsform des Dampfverteilers
der vorliegenden Erfindung;
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28 eine
Draufsicht von oben einer weiteren Ausführungsform des Dampfverteilers
der vorliegenden Erfindung;
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29 eine
Draufsicht von oben einer noch anderen Ausführungsform des Dampfverteilers
der vorliegenden Erfindung;
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30 bis 37 bruchstückhafte
Draufsichten von oben, welche weitere Varianten der Dampfverteiler
der vorliegenden Erfindung darstellen; und
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38 eine
bruchstückhafte
Seitenansicht einer anderen Ablenkplatte der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nunmehr bei eingehender Betrachtung
der Zeichnungen gehören
die Ausführungsformen,
welche in 1 bis 22 veranschaulicht sind,
nicht zur vorliegenden Erfindung, sondern stellen den Stand der
Technik dar, welcher zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Unter anfänglicher
Bezugnahme auf 1 bis 3 steht das Bezugszeichen 20 für eine Säule. Die
Säule 20 umfasst
eine starre äußere Ummantelung 22,
welche eine zylindrische Konstruktion aufweist und ein offenes inneres
Volumen darstellt, durch welches Fluidströme strömen können. Die Säulenummantelung 22 kann
auch andere gewünschte
Bauformen aufweisen, einschließlich
jener, welche einen quadratischen, rechteckigen oder anderen vieleckigen
Querschnitt haben. Die Säule 20 kann
in Abhängigkeit
von den Arten von chemischen Bearbeitungsvorgängen, welche innerhalb der
Säule 20 durchzuführen sind,
eine Stoffübertragungs-
und/oder Wärmeübertragungssäule sein.
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Die Säule 20 umfasst eine
Zone 24, in welcher Böden
oder ein Füllkörper positioniert
sind, um die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeits- und Dampfströmen, welche durch das offene
innere Volumen der Säule
strömen,
zu ermöglichen.
Der Füllkörper kann
ein regelloser oder strukturierter Füllkörper sein, und es können mehrere
Zonen eines derartigen Füllkörpers und/oder
derartiger Böden
bereitgestellt sein. Es ist versteht sich von selbst, dass die Säule 20 Destillationsgefäße, Rücklaufleitungen
und andere Komponenten umfassen kann, welche für die konkrete chemische Bearbeitung,
die innerhalb der Säule
durchgeführt
wird, notwendig oder gewünscht
sind.
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Die Säule 20 umfasst auch
ein Dampfhorn oder einen Dampfverteiler 26, welcher so
aufgebaut ist, dass er eine gleichmäßigere Verteilung von Dampf
ermöglicht,
wenn er nach oben strömt
und in die Füllungszone 24 eintritt.
Es versteht sich von selbst, dass Flüssigkeit mit dem Dampf verbunden werden
kann und für
gewöhnlich
ist, und die Verwendung des Begriffs „Dampf" soll die Gegenwart von Flüssigkeit
einschließen.
Der Dampfverteiler 26 ist in einer Ebene unter den Böden oder
dem Füllkörper in Zone 24 positioniert
und steht mit einer radialen Einlassdüse 28, welche sich
durch die Säulenummantelung 22 erstreckt,
in Verbindung, um die Einführung von
Dampf in die Säule 20 in
einer Richtung, welche im Allgemeinen senkrecht zur Säulenummantelung ist,
zu erlauben. Wie in 2 am
besten zu erkennen ist, umfasst der Verteiler 26 eine ringförmige Innenwand 30,
welche in derselben allgemeinen horizontalen Ebene wie die Einlassdüse 28 von
der Säulenummantelung 22 radial
nach innen beabstandet ist. Die ringförmige Wand 30 und
die Säulenummantelung 22 bilden
die Seiten einer ringförmigen
Verteilerkammer 32, welche eine Dampfströmungsbahn
um den inneren Umfang der Säulenummantelung 22 bereitstellt.
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Wie in 3 dargestellt,
ist die Verteilerkammer 32 im Allgemeinen geradlinig und
an der Oberseite durch eine ringförmige Deckplatte 34,
welche sich zwischen der ringförmigen
Innenwand 30 und der Säulenummantelung 22 horizontal
erstreckt, geschlossen. Eine ringförmige Bodenplatte 36 schließt die Unterseite
der Verteilerkammer 32 und erstreckt sich gleichermaßen zwischen
der ringförmigen
Innenwand 30 und der Säulenummantelung 22.
Die Deck- und die Bodenplatte 34 und 36 sind auf
eine geeignete Weise, wie beispielsweise Schweißen, an der ringförmigen Innenwand 30 befestigt
und können auf
eine ähnliche
Weise an der Innenfläche
der Säulenummantelung 22 befestigt
sein. Die ringförmige Innenwand 30 und
die Platten 34 und 36 können aus verschiedenen geeigneten
Materialien gebaut sein, welche genügend starr sind, um den Drucken
standzuhalten, die durch den Dampfstrom ausgeübt werden, welcher durch die
Verteilerkammer 32 strömt. Das
Material, welches gewählt
wird, sollte auch vereinbar mit der und beständig gegen die Zersetzung durch
den Dampf und die Flüssigkeit
sein, welche innerhalb der Säule 20 vorzufinden
sind.
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Um auf 2 zurückzukommen,
umfasst die ringförmige
Innenwand 30 eine Mehrzahl von sich peripher erstreckenden
Segmenten 38a, 38b und 38c, welche radial
gestaffelt sind, um entlang des Umfangs der ringförmigen Wand 30 Auslassöffnungen 40 zu
bilden. Jede Auslassöffnung 40 erlaubt
einem Teil des Dampfstroms, welcher in der Verteilerkammer 32 strömt, durch
die Auslassöffnung 40 und in
den offenen Bereich der Säule 20,
welcher von der ringförmigen
Wand 30 radial nach innen angeordnet ist, geleitet zu werden.
Die Verwendung einer Mehrzahl der Auslassöffnungen 40 erlaubt
es, dass der Dampfstrom in der Verteilerkammer 32 in eine
Anzahl von kleineren Einzelströmen
geteilt wird, welche an voneinander beabstandeten Stellen aus der
Verteilerkammer geleitet werden. Die Teilung des Dampfstroms auf
diese Weise berücksichtigt
Wirbelmischung der Dampfströme
im offenen Bereich, was wiederum zu einer gleichmäßigeren
Verteilung des Dampfes über
den horizontalen Querschnitt der Säule 20 führt, als
erreicht werden könnte,
wenn dem Dampf erlaubt werden würde,
einfach von der Dampfeinlassdüse 28 direkt
in den Innenraum der Säule
durchzuströmen.
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Die Segmente 38a, 38b und 38c der
ringförmigen
Innenwand sind im Allgemeinen konzentrisch zur Säulenummantelung 22,
aber jedes Segment ist vom benachbarten Segment radial versetzt,
so dass die Breite der Verteilerkammer 32 in der Strömungsrichtung
des Dampfstroms zunehmend eingeschränkt wird. Das Wandsegment 38a ist
an der Dampfeinlassdüse 28 angeordnet
und dient dazu, den Dampfstrom, welcher durch die Düse 28 in
die Säule 20 eintritt,
in zwei Ströme
zu teilen, welche in entgegengesetzten Richtungen innerhalb der
Verteilerkammer 32 peripher strömen. Die Wandsegmente 38b,
welche benachbart zum und stromabwärts vom Wandsegment 38a angeordnet
sind, sind vom Wandsegment 38a radial nach außen beabstandet
und überlappen
die Enden davon, um die Seiten der Auslassöffnungen 40 zu bilden.
Auf ähnliche
Weise überlappen
die Wandsegmente 38c die Enden der Wandsegmente 38b und
sind mit einem kürzeren
Abstand zur Säulenummantelung 22 als
die Wandsegmente 38b angeordnet.
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Am stromabwärts gelegenen Ende der Wandsegmente 38c sind
durch den Abstand zwischen den Wandsegmenten 38c und der
Säulenummantelung 22 die
Auslassöffnungen 40 ausgebildet. Das
stromabwärts
gelegene Ende der Wandsegmente 38c und die entsprechenden
Auslassöffnungen 40 sind
ungefähr
180° von
der Dampfeinlassdüse
angeordnet, obwohl andere Stellen möglich sind und bei manchen
Anwendungen bevorzugt werden können. Eine
Ablenkplatte 42 ist an einer Stelle zwischen den Auslassöffnungen 40 am
stromabwärts
gelegenen Ende der Wandsegmente 38c an der Säulenummantelung 22 angebracht,
so dass die Dampfabführung aus
derartigen Öffnungen
radial nach innen abgelenkt wird. Obwohl die Ablenkplatte 42 in
einer planen Bauweise dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass
krummlinige Flächen
bereitgestellt werden könnten,
falls gewünscht.
Außerdem
könnten
sich die stromabwärts
gelegenen Enden der Wandsegmente 38c trichterförmig radial
nach innen aufweiten, um den Querschnittsbereich der verbundenen
Auslassöffnungen 40 zu
vergrößern, wie
in 4 dargestellt.
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Da die Breite der Auslassöffnungen 40 dem radialen
Abstand der Wandsegmente 38a, 38b und 38c entspricht,
ist es offensichtlich, dass die Dampfmenge, welche durch jede Öffnung 40 durchströmt, durch
Positionieren der Wandsegmente an den gewünschten radialen Stellen vorbestimmt
werden kann. Vorzugsweise weist jede Öffnung 40 ungefähr denselben
Querschnittsbereich auf, so dass der Dampfstrom, welcher in der
Verteilerkammer 32 strömt,
unter den Auslassöffnungen 40 gleichmäßig geteilt
wird und die Geschwindigkeit des Dampfstroms, welcher jede Auslassöffnung 40 verlässt, im Wesentlichen
dieselbe ist. Es ist zu erkennen, dass das Aufteilen des Dampfstroms
auf die Weise erlaubt, dass er auf eine gleichmäßigere Weise in das offene
innere Volumen der Säule 20 eintritt.
Die Anzahl von Auslassöffnungen 40 kann
sich von der, welche dargestellt ist, durch Erhöhen oder Senken der Anzahl
von Segmenten der ringförmigen
Innenwand 30 ebenfalls unterscheiden. Im Allgemeinen bewirkt die
Erhöhung
der Anzahl von Auslassöffnungen 40 eine
gleichmäßigere Vereilung
des Dampfstroms innerhalb des Innenraums der Säule. Die Dampfmenge, welche
jede Öffnung 40 verlässt, kann
durch Variieren des Überlappungsabstands
der Wandsegmente 38a, 38b und 38c an
jeder Öffnung 40 ebenfalls
gesteuert werden.
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Die Auslassöffnungen 40 führen die
mehrfachen Dampfströme
in einer peripheren Richtung innerhalb einer gemeinsamen horizontalen
Ebene ab. Falls gewünscht,
kann eine gekrümmte
Ablenkplatte 44 innerhalb eines Abschnitts des Dampfabführstroms
benachbart zu einer oder mehr Auslassöffnungen 40 positioniert
werden, um einen Teil des Stroms in eine andere Strömungsrichtung
abzulenken und die Verteilung des Dampfs zu steigern. Bei vielen
Anwendungen kann eine ausreichende Dampfverteilung jedoch ohne die
Verwendung der Ablenkplatten 44 erreicht werden.
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Es ist leicht zu erkennen, dass der
Dampfverteiler 26 dazu dient, den Dampfstrom, welcher in die
Säule 20 eintritt,
zu verteilen. In einem Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Dampfstrom durch die Dampfeinlassdüse 28 in die Säule 20 eingeführt und
tritt in die Dampfverteilerkammer 32 ein. Der Dampfstrom
strömt
in der Verteilerkammer 32 um den inneren Umfang der Säule 20 und
wird in eine Mehrzahl kleinerer Ströme aufgeteilt, welche durch
die Auslassöffnungen 40 in
den Innenraum der Säule
verteilt werden. Die verteilten Dampfströme steigen dann im offenen
inneren Volumen der Säule 20 auf
und werden in die Füllungszone 24,
welche über
dem Dampfverteiler 26 positioniert ist, eingebracht. Der
Dampf, welcher in die Füllungszone 24 eintritt,
trifft auf einen Flüssigkeitsstrom,
welcher an einer Stelle über
der Füllungszone 24 in
die Säule 20 eingeführt wurde,
und tritt mit ihm in Wechselwirkung. Hauptsächlich weil der Dampf, welcher
in die Füllungszone 24 eintritt,
gleichmäßig über den
horizontalen Querschnitt der Säule 20 verteilt
wurde, wird die Wechselwirkung zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit
in der Füllungszone 24 sehr
gefördert,
insbesondere in den unteren Abschnitten des Füllkörpers.
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Nunmehr unter Betrachtung von 5 ist eine alternative Ausführungsform
einer Säule,
welche gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, durch das Bezugszeichen 120 bezeichnet.
Die Säule 120 ist ähnlich wie
die Säule 20,
und das Präfix „1" wurden den Bezugszeichen
hinzugefügt,
welche für Komponenten
verwendet werden, die im Allgemeinen den Komponenten entsprechen,
welche zuvor beschrieben wurden. Die Säule 120 unterscheidet sich
von der Säule 20 durch
Verwenden eines tangentialen Dampfeinlasses 128 anstelle
der radialen Einlassdüse 128,
welche bei Säule 20 verwendet wurde.
Da der Dampfstrom tangential zur Säulenummantelung 122 in
die Verteilerkammer 132 eintritt, wird er nicht in zwei
Ströme
aufgeteilt, welche in entgegengesetzten Richtungen strömen, wie
im Fall von Säule 20.
Stattdessen befördert
die Verteilerkammer 132 den Dampfstrom nur in einer Richtung,
wobei im Wesentlichen gleiche Volumenteile des Dampfstroms an den
peripher beabstandeten Auslassöffnungen 140 aufgeteilt
werden. Falls gewünscht,
können
Ablenkplatten 44 von der Art, welche in 2 bis 3 dargestellt
ist, in der Gesamtheit oder in einem Abschnitt der Bahn des Dampfes,
welcher eine oder mehr Auslassöffnungen 140 verlässt, angebracht werden.
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Die Verteilerkammer 132 in
der Säule 120 erstreckt
sich im Wesentlichen 360° um
den inneren Umfang der Säulenummantelung 122.
Obwohl das Anfangssegment 138a der ringförmige Innenwand benachbart
zur Dampfeinlassdüse 128 in
einer planen Bauweise veranschaulicht wurde, könnte es alternativerweise eine
krummlinige Bauform aufweisen. Auf ähnliche Weise ist das trichterförmig aufgeweitete
Ende des Endsegments 138h der ringförmigen Innenwand wahlweise
und könnte
durch einen Endabschnitt ersetzt werden, welcher konzentrisch zur
Säulenummantelung 122 ist.
Mit Ausnahme der zuvor erwähnten
Unterschiede ist die Säule
im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie zuvor beschrieben aufgebaut
und funktioniert auch so.
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Nunmehr unter Betrachtung von 6, in welcher Bezugszeichen
mit dem Präfix „2" für zuvor beschriebene
Komponenten verwendet werden, ist eine Säule 220 mit einer
alternativen Ausführungsform
einer Dampfverteilerkammer 232 dargestellt. Die Verteilerkammer 232 weist
eine ringförmige
Innenwand mit Segmenten 238 auf, welche nicht konzentrisch
zur Säulenummantelung 222 angeordnet sind.
Stattdessen sind die Wandsegmente 238 so angeordnet, dass
nur das stromabwärts
gelegene oder endständige
Ende der Wandsegmente innerhalb einer gemeinsamen kreisförmigen Ebene
liegt, welche im Allgemeinen konzentrisch zur Säulenummantelung 222 ist.
Die stromaufwärts
gelegenen Enden der Wandsegmente sind in der Dampfströmungsrichtung mit
einem zunehmend kürzeren
Abstand zur Säulenummantelung
angeordnet, so dass die Breite und der Querschnittsbereich der Auslassöffnungen 240 in dieser
Richtung vergrößert werden.
Die Wandsegmente 238 auf diese Weise zu positionieren,
dient dazu, einen im Wesentlichen konstanten effektiven Querschnittsbereich
für die
Verteilerkammer 232 entlang des Umfangs davon aufrechtzuerhalten.
Das Unterteilen des Dampfstroms bewirkt zusammen mit dem gleichförmigen Querschnittsbereich
der Verteilerkammer und dem größer werdenden
Querschnittsbereich der Auslassöffnungen 240,
dass die Geschwindigkeit des Dampfstroms abnimmt, wenn er durch
die Verteilerkammer 232 in der Säule 220 strömt.
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Es ist zu erkennen, dass andere Modifikationen
des zuvor beschriebenen Dampfverteilers vorgenommen werden und innerhalb
des Rahmens der Erfindung bleiben können. Um nur ein Beispiel zu
nennen, kann die ringförmige
Bodenplatte aus der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Dampfverteilers
entfernt werden. Dadurch können
Teile des Dampfstroms durch den offenen Boden nach unten ausströmen, während andere
Teile durch die Auslassöffnungen
in der ringförmigen
Innenwand des Dampfverteilers radial nach innen strömen.
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Nunmehr unter Betrachtung von 7 und 8, in welchen Bezugszeichen mit dem Präfix „3" verwendet werden,
ist eine Säule 320 mit
einer wei teren Ausführungsform
eines Dampfverteilers 326 veranschaulicht. Der Dampfverteiler 326 unterscheidet sich
von den zuvor beschriebenen darin, dass kein Dampfstrom durch die
ringförmige
Innenwand 330 abgeführt
wird. Stattdessen ist die ringförmige
Innenwand 330 im Wesentlichen ohne Öffnung, und der Dampf wird
aus einer Reihe von Auslassöffnungen 340 abgeführt, welche
in der Bodenplatte 336 der Verteilerkammer 332 ausgebildet
sind. Die Bodenplatte 336 umfasst eine Reihe von sich überlappenden
Plattensegmenten 338, welche eine im Allgemeinen plane
Bauweise haben. Die Plattensegmente 338 erstrecken sich
im Allgemeinen horizontal und sind in einer vertikal gestaffelten
Anordnung positioniert, wobei der Abstand zwischen aufeinander folgenden
Plattensegmenten und der Deckplatte 334 in der Dampfströmungsrichtung
gleichmäßig abnimmt. Diese
Anordnung der Plattensegmente 338 bewirkt, dass die Höhe und der
Querschnittsbereich der Verteilerkammer 332 in der Stromabwärtsrichtung
abnehmen, und führt
zu einer gleichmäßigen Verteilung des
Dampfstroms um den Umfang der Säule 320 in getrennten
vertikal voneinander beabstandeten horizontalen Ebenen. Geeignete
Ablenkplatten 44, wie in 1 dargestellt,
können,
falls gewünscht,
benachbart zu den Auslassöffnungen 340 verwendet
werden, um die Gesamtheit oder einen Teil des Dampfstroms abzulenken.
Eine endständige
Ablenkplatte 342 kann benachbart zum endständigen Auslassabschnitt 340 positioniert
werden, um diesem Teil des Dampfstroms, welcher die Öffnung verlässt, eine
Abwärtsablenkung
zu verleihen.
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Weitere Ausführungsformen des Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik sind in 9 bis 22 veranschaulicht, in welchen
dieselben Bezugszeichen mit dem Präfix „4" davor verwendet werden, um Komponenten
zu bezeichnen, welche zuvor beschrieben wurden. Die Verteiler 426 weisen
einen wenigstens teilweise offenen Boden auf, durch welchen der
gesamte oder im Wesentlichen der gesamte Dampf abgeführt wird.
Eine gleichmäßige Abführung des
Dampfs durch den offenen Boden des Verteilers 426 wird
erhalten, indem innerhalb des Verteilers eine Kanalführung oder
ein Strömungskanal 442 mit einem
abnehmenden Querschnittsbereich in der Dampfströmungsrichtung bereitgestellt
wird. Da Teile des Dampfstroms durch den Boden des Verteilers 426 abgeführt werden,
dient der abnehmende Bereich des Strömungskanals 442 dazu,
den Dampf innerhalb des Strömungskanals
bei einem gewünschten
Druck zu halten. Durch Beibehalten des gewünschten Drucks auf den Dampfstrom
auf diese Weise bleibt die Dampfmenge, welche entlang der ringförmigen Länge des
Verteilers abgeführt
wird, im Wesentlichen gleichmäßig und
führt zur gleichmäßigeren
Verteilung des Dampfstroms über
den horizontalen Querschnitt der Säule 420.
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Der Strömungskanal 442 kann
quadratisch, geradlinig, vieleckig, rund oder oval im vertikalen Querschnitt
sein. Wie in 9 bis 22 veranschaulicht, weist
der ringförmige
Strömungskanal 442 einen
geradlinigen Querschnitt auf und wird durch die Deckplatte 434,
die ringförmige
Innenwand 430 und die Säulenummantelung 422 definiert.
Obwohl er mit dem komplett offenem Boden dargestellt ist, versteht es
sich von selbst, dass der Strömungskanal 442 am Boden
teilweise geschlossen werden kann, falls gewünscht.
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Der abnehmende vertikale Querschnitt
des Strömungskanals 442 wird
erreicht, indem die ringförmige
Innenwand 430 in der Dampfströmungsrichtung dichter zur Säulenummantelung 422 angeordnet
wird. In jeder der Ausführungsformen,
welche in 9 bis 18 dargestellt sind, ist
die ringförmige
Innenwand 430 segmentiert, wobei die Segmente konzentrisch
zur Säulenummantelung 422 und
in der Dampfströmungsrichtung
zunehmend dichter zur Ummantelung 422 angeordnet sind.
Der Querschnittsbereich des Verteilers 426 nimmt in der Dampfströmungsrichtung
daher stufenweise ab. Die Anzahl von Wandsegmenten, welche verwendet wird,
kann je nach Wunsch variieren. Wie in 19 bis 22 dargestellt, kann sich
die ringförmige
Innenwand 430 alternativerweise in einer kontinuierlichen Krümmung erstrecken,
so dass die Verengung des Strömungskanals 422 eher
kontinuierlich als stufenweise erfolgt.
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Wenn die ringförmige Innenwand 430 wie
in den Verteilern, welche in 9 bis 18 dargestellt sind, durch
konzentrische Segmente gebildet ist, wird eine stehende Ablenkwand 44 am
stromabwärts
gelegenen Ende jedes Segments der ringförmigen Innenwand angeordnet
und mit dem stromaufwärts
gelegenen Ende des nächsten
Segments der ringförmigen
Innenwand verbunden. Eine andere Ablenkwand 44a wird ebenfalls
am stromabwärts
gelegenen Ende des letzten Segments der ringförmigen Innenwand positioniert
und mit der Säulenummantelung 422 verbunden,
um das Ende des Dampfströmungskanals 442 zu
schließen.
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Die Ablenkwände 444 bilden nicht
nur den Übergang
zwischen den Segmenten der ringförmigen
Innenwand 430, sondern sie dienen auch dazu, in die Strömung jenes
Teils des Dampfstroms, welcher im Strömungskanal 442 benachbart
zur ringförmigen
Innenwand 430 wandert, einzugreifen und diese abzulenken.
Die Ablenkung des Dampfstroms auf diese Weise bewirkt eine Zunahme
der Durchwirbelung und die resultierende Mischung des gesamten Dampfstroms,
welcher innerhalb des Strömungskanals 442 strömt. Ein
Teil des abgelenkten Dampfstroms wird durch die Ablenkwände auch
direkt aus dem offenen Boden des Verteilers 426 hinauskanalisiert.
Der Dampfstrom wird daher sowohl durch die Zunahme des Strömungswiderstands,
wenn er durch den sich verengenden Strömungskanal 442 wandert, als
auch die Ablenkwände 444,
welche die Strömung von
Teilen des Dampfstroms unterbrechen, aus dem Verteiler 426 abgeführt.
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Die Ablenkwände 444 können in
Abhängigkeit
vom konkreten Strömungsmuster,
das gewünscht
wird, auf verschiedene Weise ausgerichtet werden. Wie in 9 bis 11 dargestellt, kann jede Ablenkwand 444 so
positioniert sein, dass sie entlang einer radialen Linie liegt.
Die radialen Ablenkwände 444 erstrecken
sich daher im Allgemeinen senkrecht zur ringförmigen Innenwand und parallel
zur vertikalen Achse der Säule 420.
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Wie in 12 und 13 dargestellt, können die radialen
Ablenkwände 444 alternativerweise
in der Strömungsrichtung
des Dampfstroms in einem Winkel zur vertikalen Achse der Säule 420 geneigt
sein. Die Neigung der Ablenkwände 444 auf
diese Weise verstärkt
die Abwärtsablenkung
des Dampfstroms im Vergleich zu den vertikal ausgerichteten Ablenkwänden 444 und
kanalisiert Teile des Dampfstroms wirksamer nach unten und aus dem
Boden des Verteilers 426. Es versteht sich von selbst,
dass sich der Neigungswinkel von dem veranschaulichten unterscheiden
und innerhalb des Rahmens der Erfindung bleiben kann.
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Eine andere Variante der Ausrichtung
der Ablenkwände 444 ist
in 14 und 15 dargestellt, wobei die
Ablenkwände
zwar vertikal, aber in Bezug auf die radiale Linie oder den Radius
der Säule 420 abgewinkelt
sind. Die abgewinkelten Ablenkwände 444 stellen
im Vergleich zu den radialen Ablenkwänden einen sanfteren Übergang
zwischen den Segmenten der ringförmigen
Innenwand 430 bereit und greifen weniger in die Strömung des
Dampfstroms ein. Folglich wird der Dampfstrom vorzugsweise eher radial
nach außen
als nach unten kanalisiert.
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Eine weitere Variante der Ausrichtung
der Ablenkwände 444 ist
in 16 bis 18 dargestellt. wobei sich
die Ablenkwände 444 in
einem Winkel sowohl zur vertikalen Achse der Säule als auch zur radialen Linie
erstrecken. Die abgewinkelten Ablenkwände 444 dienen auf
diese Weise dazu, Teile des Dampfstroms vorzugsweise gleichzeitig
nach unten und radial nach außen
zu kanalisieren.
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In den Verteilerausführungsformen,
welche in 19 bis 22 veranschaulicht sind,
ist die Verwendung von Ablenkwänden 444 unnötig, da
sich die ringförmige
Innenwand 430 in einer kontinuierlichen Krümmung erstreckt,
die zu einer kontinuierlichen Verengung des Strömungskanals 442 in
der Dampfströmungsrichtung
führt.
Die ringförmige
Innenwand 430 in 19 erstreckt
sich entlang einer Spirale, während
die ringförmige
Innenwand 430 in 21 auf
Grund der bidirektionalen Strömungsbahn
des Dampfstroms im Allgemeinen kreisförmig ist.
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Die Verteiler 426, welche
in 9 bis 22 dargestellt sind, können auf
eine ähnliche
Weise wie die Verteiler, welche zuvor beschrieben wurden, betrieben
werden, um eine gleichmäßige Verteilung
eines Dampfstroms, welcher durch die Einlassdüse 428 in die Säule 420 eintritt.
Damit der Volumendurchsatz von Dampf, welcher den offenen Boden
des Verteilers 426 verlässt,
entlang der Länge
des Verteilers im Wesentlichen gleichmäßig bleiben kann, wird das Ausmaß, um welches
der Bereich des Strömungskanals 44 abnimmt,
in Verbindung mit den Volumendurchsätzen des Dampfes, dem Einlassdruck
und der Einlasstemperatur des Dampfes, der relativen Dichte des
Dampfes und der Länge
des Strömungskanals
ausgewählt.
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Der Druckunterschied zwischen dem
Dampf, welcher im Verteiler 426 und in benachbarten Bereichen
der Säule 420 strömt, bewirkt,
dass Teile des Dampfstroms aus dem offenen Boden des Verteilers strömen. Durch
Verkleinern des Bereichs, welcher innerhalb des Verteilers 426 für die Strömung des Dampfstroms
verfügbar
ist, wenn er entlang des Strömungskanals 442 strömt, wird
ein besser gesteuerter Druckunterschied entlang der Länge des
Verteilers beibehalten. Dies führt
dann zu einer gleichmäßigeren
Abführung
des Dampfstroms entlang der ringförmigen Länge des Verteilers, wobei der
abgeführte Dampfstrom
gleichmäßiger über den
horizontalen Querschnitt der Säule 420 verteilt
wird, bevor er in den darüber
liegenden Füllkörper eintritt.
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Unter gewissen Betriebsbedingungen
kann die periphere Abführung
von Dampf durch den Boden und die Seiten der zuvor beschriebenen
Dampfverteiler nach dem Stand der Technik eine wirbelnde oder zyklonartige
Dampfströmung
erzeugen. In gewissen Situationen kann diese zyklonartige Dampfströmung unzulässig sein,
da sie ein Dampfgeschwindigkeits gefälle erzeugt, welches von einer Zone
niedriger Geschwindigkeit in der Mitte der Säule zu einer Hochgeschwindigkeitszone
nahe der Innenwand des Dampfverteilers ansteigt. Es wurde festgestellt,
dass gemäß den gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
des Dampfverteilers der vorliegenden Erfindung das Positionieren
von Ablenkplatten entlang der radialen Innenwand des Verteilers nach
oben wirksam in die zyklonartige Dampfströmung eingreifen und eine gleichmäßigere Verteilung des
Dampfstroms, wenn er in den darüber
liegenden Füllkörper eintritt,
bewirken kann.
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Nunmehr unter Betrachtung von 23 bis 25 ist ein modifizierter Dampfverteiler 526 der
vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei er innerhalb einer Säule 520 mit
einer äußeren Ummantelung 522 angebracht
ist. Der Verteiler 526 umfasst peripher beabstandete L-förmige Ablenkplatten 544,
welche sich entlang der ringförmigen
Innenwand 530 des Verteilers 526 nach oben erstrecken.
Die Ablenkplatten 544 sind zwar im Allgemeinen plan, können aber gekrümmt oder
segmentiert sein, falls gewünscht. Jede
Ablenkplatte 544 umfasst einen ersten Abschnitt 544a,
welcher sich entlang der ringförmigen Innenwand 530 nach
oben erstreckt, um in die zyklonartige oder wirbelnde Dampfströmung einzugreifen,
indem er mit der Dampfströmung
entlang der ringförmigen
Innenwand 430 in Kontakt kommt und sie zur Mitte der Säule umleitet.
Der erste Abschnitt 544a der Ablenkplatte 544 kann
sich im Allgemeinen vertikal erstrecken, oder er kann in einem Winkel
zur Vertikalen geneigt sein. Der erste Abschnitt 544a kann
sich auch radial oder in einem Winkel zur Radialen erstrecken, so ähnlich wie
die zuvor beschriebenen Ablenkwände 444,
um den Dampfstrom zum Mittelabschnitt der Säule umzuleiten. Die radiale
Abmessung der ersten Abschnitte 544a der Ablenkplatten
reicht vorzugsweise aus, um in die Dampfströmung einzugreifen und sie entlang
einer Grenzfläche benachbart
zur ringförmigen
Innenwand 530 umzuleiten. Ablenkplatten mit längeren radialen
Abmessungen sind im Allgemeinen wirksamer beim Umleiten des Dampfstroms
zur Mitte der Säule.
Die vertikale Abmessung für
den ersten Abschnitt 544a der Ablenkplatte sollte normalerweise
ausreichen, um sich entlang der Gesamtheit oder wenigstens eines bedeutenden
Teils der vertikalen Höhe
der ringförmigen
Innenwand 530 zu erstrecken. Falls gewünscht, kann sich der erste
Abschnitt 544a über
das obere Ende der ringförmigen
Innenwand 530 und die Deckplatte 534 hinaus nach
oben erstrecken.
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Eine oder mehr Ablenkplatten 544 können auch
einen wahlweisen zweiten Abschnitt 544b umfassen, welcher
sich von unter der ringförmigen
In nenwand unter dem Strömungskanal 542 in
der Richtung der Säulenummantelung
nach außen
erstreckt. Dieser zweite Abschnitt 544b der Ablenkplatte
dient dazu, einen Teil des Dampfstroms, welcher durch den wenigstens
teilweise offenen Boden des Verteilers abgeführt wird, in einer radial nach
innen gerichteten Richtung abzulenken. Der zweite Abschnitt 544b lenkt
den abgeführten
Dampfstrom in einem geringeren Ausmaß auch nach unten ab. Obwohl
der zweite Abschnitt 544b als mit dem stehenden ersten Abschnitt 544a einstückig verbunden
dargestellt ist, um die L-förmige
Ablenkplatte 544 zu bilden, versteht es sich von selbst,
dass eine oder mehr Ablenkplatten nur mit dem zweiten Abschnitt 544b oder
dem ersten Abschnitt 544a ausgebildet sein können. Die zweiten
Abschnitte 544b der Ablenkplatten können sich im Allgemeinen horizontal
erstrecken oder können
in einem Winkel zur Horizontalen geneigt sein. Die zweiten Abschnitte 544b können sich
auch radial erstrecken oder in einem Winkel zur Radialen geneigt sein,
um den Dampfstrom in der gewünschten
Richtung zum Mittelabschnitt der Säule abzulenken. Es versteht
sich von selbst, dass die zweiten Abschnitte 544b bei gewissen
Anwendungen weggelassen werden können,
so dass die Ablenkplatten 544 nur aus den stehenden ersten
Abschnitten 544a bestehen.
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Die Ablenkplatten 544 müssen eine
ausreichende strukturelle Festigkeit aufweisen, um den Spannungen
standzuhalten, welchen sie während des
Betriebs der Säule
ausgesetzt sind. Die Anzahl und die Positionierung der Ablenkplatten 544 können je
nach Wunsch variieren, um den Anforderungen für die konkreten Anwendungen
zu entsprechen.
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Die Ablenkplatten 544 können in
Verbindung mit Dampfverteilern, einschließlich der zuvor beschriebenen,
verwendet werden, bei welchen die Gesamtheit oder ein Teil des Dampfes
durch Auslässe, welche
in der ringförmigen
Innenwand ausgebildet sind, abgeführt wird oder bei welchen die
Gesamtheit oder ein Teil des Dampfes durch den offenen Boden des
Verteilers abgeführt
wird. Im Allgemeinen ist es wünschenswert,
das der Großteil
oder die Gesamtheit eines Dampfstroms, welcher bedeutende Mengen
von Flüssigkeit
enthält,
eher durch den offenen Boden des Verteilers als durch die ringförmige Innenwand
abgeführt
wird. Diese Abwärtsabführung von flüssigkeitshaltigen
Dampfströmen
verleiht der Flüssigkeit
eine bessere Gelegenheit, sich vor dem Eintritt in den darüber liegenden
Füllkörper vom
Dampfstrom zu lösen.
In Situationen, in welchen Flüssigkeitsmitführung von
geringerer Bedeutung ist, wie beispielsweise dann, wenn wenig oder
gar keine Flüssigkeit
im Dampf strom gegenwärtig
ist, kann ein größerer Teil
des Dampfstroms durch Auslässe
in der ringförmigen
Innenwand abgeführt
werden.
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In der Ausführungsform, welche in 23 bis 25 veranschaulicht ist, ist die ringförmige Innenwand 530 aus
einer Mehrzahl von im Allgemeiner planen Segmenten 538 gebildet,
welche im Allgemeinen konzentrisch zur Säulenummantelung 522 sind, so
dass der Querschnittsbereich des Strömungskanals 542 in
der Dampfströmungsrichtung
im Wesentlichen konstant bleibt. Die Enden von benachbarten Segmenten 538 sind
miteinander verbunden, um die im Wesentlichen kontinuierliche ringförmige Innenwand 530 zu
bilden.
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Ein endständiges Ende des Strömungskanals 542 umfasst
eine endständige
Ablenkplatte 545 und eine wahlweise Auslassöffnung 540,
welche zusammenwirken, um den Dampfstrom radial nach innen zur Mitte
der Säule 520 abzulenken.
Der Großteil des
Dampfstroms wird jedoch durch den offenen Boden des Verteilers 526 abgeführt, bevor
er die Auslassöffnung 540 erreicht.
Bei gewissen Anwendungen kann die Auslassöffnung 540 weggelassen
werden, so dass der gesamte Dampfstrom durch den Boden des Verteilers
abgeführt
wird.
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Eher als plane Wandsegmente 538 im
Verteiler 526 zu verwenden, kann die ringförmige Innenwand 530 eine
kontinuierliche gekrümmte
Bauweise aufweisen, wie in 26 veranschaulicht.
Die Wand 530 ist konzentrisch zur Säulenummantelung 522,
so dass der Strömungskanal 542 entlang
seiner Länge einen
konstanten Querschnitt aufweist. Wiederum werden die endständige Ablenkplatte 545 und
Auslassöffnung 540 vorzugsweise
verwendet, um zu erlauben, dass ein Teil des Dampfstroms durch die ringförmige Innenwand 530 abgeführt wird,
wobei die restlichen Teile des Dampfstroms durch den offenen Boden
des Verteilers abgeführt
werden.
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Eine andere Variante des Verteilers 526 ist
in 27 dargestellt, in
welcher ein sich zunehmend verengender Strömungskanal 542 bereitgestellt
wird, indem die ringförmige
Innenwand 542 in der Dampfströmungsrichtung mit kurzem Abstand
zur Säulenummantelung 522 angeordnet
wird. In dieser Ausführungsform
wird am endständigen
Ende der ringförmigen
Innenwand keine Dampfauslassöffnung
bereitgestellt. Stattdessen wir der gesamte Dampfstrom aus dem offenen
Boden des Verteilers abgeführt.
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In 28 ist
die ringförmige
Innenwand 530 konzentrisch zur Säulenummantelung 522 und
bildet einen vollständigen
Kreis, so dass sich der Dampfströmungskanal 542 ganz
um den inneren Umfang der Säulenummantelung 522 herum
erstreckt. Folglich wird jeglicher Dampfstrom, welcher nach Beendigen
seiner Schleife noch im Strömungskanal 542 verbleibt,
durch den Strömungsstrom,
welcher durch die Einlassdüse 528 eintritt,
aufgenommen und damit gemischt.
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Der Verteiler 526, welcher
in 29 dargestellt ist,
verwendet eine ringförmige
Innenwand 530, welche entlang eines Stromaufwärtsabschnitts
mit einem zunehmend kürzeren
Abstand zur Säulenummantelung 522 angeordnet
ist und dann entlang eines Stromabwärtsabschnitts ihrer Länge in einem konstanten
Abstand von der Säulenummantelung 522 bleibt.
Diese Anordnung der ringförmigen
Innenwand 530 schafft einen ringförmigen Strömungskanal 542, welcher
entlang eines Stromaufwärtsabschnitts einen
abnehmenden Querschnittsbereich und entlang eines Stromabwärtsabschnitts
seiner Länge
einen konstanten Querschnittsbereich aufweist. Die relativen Längen der
Stromaufwärts-
und Stromabwärtsabschnitte
können
je nach Wunsch variieren. Im Allgemeinen kann der abnehmende Stromaufwärtsabschnitt
des Strömungskanals 542 ungefähr ein Drittel
oder zwei Drittel der Länge
des Strömungskanals
umfassen, wobei der Rest aus dem konstanten Stromabwärtsabschnitt
des Strömungskanals
besteht. Es hat sich herausgestellt, dass sich aus dieser Art von
abnehmendem und dann konstantem Dampfströmungsquerschnittsbereich selbst
bei Verwendung zusammen mit einem endständigen Auslass in der ringförmigen Innenwand,
wie in 23 dargestellt,
eine verbesserte horizontale Verteilung ergibt.
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Die Ablenkplatten 544 werden
mit den Verteilern, welche in 23 bis 29 dargestellt sind, auf
die zuvor beschriebene Weise verwendet. Der stehende Abschnitt 544a der
Ablenkplatten 544 greift in die zyklonartige oder wirbelnde
Dampfströmung
entlang der nach innen gerichteten Seite der ringförmigen Innenwand 530 ein
und leitet die Dampfströmung
zur Mitte der Säule
520 um. Der Eingriff in die Dampfströmung und die Umleitung derselben
auf diese Weise bewirken eine gleichmäßigere horizontale Verteilung des
Dampfes, wenn er in den darüber
liegenden Füllkörper eintritt,
wodurch sich eine Zunahme der Stoffübertragung ergibt, welche innerhalb
des Füllkörpers stattfindet.
Der wahlweise zweite Abschnitt 544b der Ablenkplatten 544 leitet
den Dampfstrom auch radial nach innen, nachdem er durch den offenen
Boden des Verteilers 526 abgeführt ist, wodurch die Möglichkeit
reduziert verringert wird, dass sich eine zyklonartige Dampfströmung im
Bereich unter dem Verteiler bildet.
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Variationen in der Anordnung der
L-förmigen Ablenkplatte 544 und
der Bauweise der Auslassöffnungen 540 sind
in 30 bis 37 veranschaulicht. Zunächst unter
Betrachtung von 30 kann
die Ablenkplatte 544 auf eine ähnliche Weise wie die zuvor beschriebenen
Ablenkwände
444 am stromabwärts gelegenen
Ende von konzentrischen Segmenten 538 der ringförmigen Innenwand,
welche mit einem zunehmend kürzeren
Abstand zur Säulenummantelung 522 angeordnet
sind, angeordnet werden. Eine Auslassöffnung 540 ist unmittelbar
stromaufwärts
von der Ablenkplatte 544 positioniert. Wenn der Dampfstrom
durch den Strömungskanal 542 wandert,
wird ein Teil des Strömungsstroms
durch die Ablenkplatte 544 abgelenkt und durch die Auslassöffnung 540 zur Mitte
der Säule
abgeführt.
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In 31 liegt
die Ablenkplatte 544 auf Grund der konzentrischen Ausrichtung
der Segmente der ringförmigen
Innenwand nicht in der Strömungsbahn
des Dampfstroms, welcher durch den Strömungskanal 542 wandert.
Wie in 32 dargestellt,
kann die Ablenkplatte 544 alternativerweise in der Strömungsbahn
liegen und sich über
das stromaufwärts
gelegene Segment 538 der ringförmigen Innenwand hinaus nach
innen erstrecken, so dass sie Dampf von innerhalb des Strömungskanals 542 ebenso
wie Dampf, welcher entlang der inneren zugewendeten Seite des Segments 538 der
ringförmigen
Innenwand strömt,
ablenkt.
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Eher als an der Verbindungsstelle
zwischen Segmenten 538 der ringförmigen Innenwand positioniert
zu sein, kann die Ablenkplatte 544 stromabwärts von
der Verbindungsstelle beabstandet sein, wie in 33 und 34 dargestellt.
Das stromaufwärts
gelegene Segment 538 der ringförmigen Innenwand kann auch
nach innen zur Mitte der Säule
abgewinkelt sein, um einen vergrößerten Strömungsbereich
für Dampf,
welcher durch die Auslassöffnung 540 austritt,
bereitzustellen, wie in 35 dargestellt.
Wie in 36 zu sehen ist,
kann ein Abschnitt des stromabwärts
gelegenen Segments 538 der ringförmigen Innenwand benachbart
zur Auslassöffnung 540 alternativerweise
nach außen
zur Säulenummantelung 522 abgewinkelt
sein, so dass er sich in den Strömungskanal 542 erstreckt,
um einen Teil des Dampfstroms von innerhalb des Strömungskanals 542 abzulenken.
Dieselbe Funktion kann erreicht werden, indem die Ablenkplatte 544 so
positioniert wird, dass sie sich in den Strömungskanals 542 ebenso
wie über
das Wandsegment 538 hinaus nach innen er streckt, wie in 37 dargestellt. Die Ablenkplatte 544,
welche in 37 veranschaulicht
ist, ist in der Stromaufwärtsrichtung
leicht konkav.
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Wie in 38 zu
sehen ist, kann die Ablenkplatte 544 bei manchen Anwendungen
von der ringförmigen
Innenwand 530 nach innen beabstandet sein, so dass ein
Teil der Dampfströmung
entlang der ringförmigen
Innenwand zwischen der Ablenkplatte 544 und der Wand 530 peripher
strömen
kann. Der Abstand kann je nach Wunsch variieren, um die Menge der
Dampfströmung,
welcher erlaubt wird, zwischen der Ablenkplatte und der Wand durchzuströmen, und
die Menge von Dampfströmung,
welche mit der Ablenkplatte 544 in Kontakt kommt und durch
sie abgelenkt wird, zu steuern.
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Aus den vorhergehenden Erläuterungen
ist zu erkennen, dass diese Erfindung eine ist, die sich gut eignet,
um alle Ziele und Aufgaben, welche hierin zuvor dargelegt wurden,
zusammen mit anderen Vorteilen, welche der Struktur innewohnen,
zu erreichen.
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Da viele mögliche Ausführungsformen der Erfindung
hergestellt werden können,
ohne sich vom Rahmen der angehängten
Patentansprüche
zu entfernen, versteht es sich von selbst, dass der gesamte Inhalt,
welcher hierin dargelegt oder in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt
wurde, im Sinne einer Veranschaulichung und nicht einer Einschränkung auszulegen
ist.