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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Gestaltung von Trennböden, die
in Destillations- und Fraktionierkolonnen oder -türmen vorteilhaft
sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Trennböden, die
so gestaltet sind, daß innerhalb
eines Bodens ein Gleichstromkontakt zwischen der Flüssigkeit
und den Dämpfen
erreicht wird, und die auch so gestaltet sind, daß die Flüssigkeit
innerhalb dieses Bodens nach dem Gleichstromkontakt wirksam von den
Dämpfen
getrennt wird.
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Es
wurden verschiedene Untersuchungen in bezug auf die Optimierung
der Gestaltung von Destillations- und Fraktionierkolonnen oder -zonen
durchgeführt,
d.h. einer Kontaktkolonne oder -zone, in der Flüssig- und Dampfphasen im Gegenstrom in Kontakt
gebracht werden, um eine Trennung eines Fluidgemisches vorzunehmen,
wie z.B. durch den Kontakt der Dampf- und der Flüssigphase über einer Reihe von senkrecht
beabstandeten waagrechten Böden oder
Platten, die in der Kolonne befestigt sind. Die Forschung zur Gestaltung
konzentrierte sich primär auf
die Gestaltung verschiedener Strukturen der Böden, um den Wirkungsgrad des
gesamten Trennprozesses zu verbessern. Es wurden auch Versuche unternommen,
hervorragende Packungsmaterialien zu gestalten, die in der Kolonne
angeordnet – werden sollen,
um den Trennprozeß zu
verbessern.
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Der
Destillationsprozeß ist
auf diesem Fachgebiet herkömmlich
als Verfahren zum Trennen einzelner Komponenten eines Gemischs bekannt,
wobei die Unterschiede bei deren Dampfdruck ausgenutzt werden. Insbesondere
wurde in der chemischen Industrie eine Vielzahl von Gestaltungen
von Böden
entwickelt, um den Wirkungsgrad des Massentransports zu verbessern.
Verbesserungen bei der Gestaltung von Destillationskolonnen führten zur Verwendung
unterschiedlicher Packungsarten zum Füllen der Innenräume dieser
Destillationskolon nen. Zu den gegenwärtig verwendeten Packungen
gehören
z.B. eine Packung aus einem Drahtsieb, eine Packung aus einem Metallblech,
eine Keramikpackung, eine Glaspackung und eine Packung aus einem
synthetischen Harz. Für
die Verwendung in Destillations- und Fraktionierkolonnen wurden
viele Packungsarten entwickelt. Im allgemeinen erleichtern diese
Packungsmaterialien den Kontakt zwischen den flüssigen und dampfförmigen Strömen, indem
eine gleichmäßigere Verteilung
von Flüssigkeit
und Dampf auf der Oberfläche
der Packung hervorgerufen wird. Frühere Formen einer strukturierten
Packung schließen die
Stedmen-Packung ein, die in US-Patent Nr. 2,047,444 beschrieben
ist. Strukturierte Packung steht im allgemeinen für eine Packung,
bei der einzelne Teile eine bestimmte Orientierung untereinander und
zur Achse der Kolonne oder des Turms aufweisen. Eine regellose Packung,
wie die Verwendung von Raschig-Sätteln,
wird in der Industrie ebenfalls verwendet.
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Eine
Packungsart, die in großem
Umfang verwendet wird, besteht aus eine Vielzahl von gerippten Platten,
die miteinander in Kontakt stehen und parallel zur Achse der Kolonne
angeordnet sind. Gerippte Platten dieses Typs können aus unterschiedlichen
Materialarten, wie Metallblech und Drahtgewebe, aufgebaut sein.
Wenn die gerippten Platten aus Metallblech hergestellt sind, ist
die gleichmäßige Verteilung
der Flüssigkeit
auf den Platten beeinträchtigt, da
die Flüssigkeit
zur Kanalbildung entlang der Vertiefungen der Falten neigt. Zur
Verbesserung der Verteilung einer Flüssigkeit auf gerippten Platten
ist die Verwendung von Öffnungen
in den Platten bekannt, so daß ein
Teil der entlang einer Seite der Platte strömenden Flüssigkeit zur entgegengesetzten
Seite der Platte abgeleitet wird, wenn sie auf eine Öffnung trifft. Ein
Beispiel einer solchen Platte ist in US-Patent Nr. 4,296,050 von
Meier beschrieben. Eine Packung für eine Kolonne, die für eine bessere
Leistung, besonders unter Umschlagbedingungen, mit Rippen und strukturierten
Oberflächen
hergestellt ist, ist in US-Patent Nr. 5,132,056 von Lockett et al.
offenbart. Eine verbesserte Gestaltung einer gerippten Platte, um
eine höhere
Plattendichte innerhalb einer vorgegebenen Querschnittsfläche der
Kolonne zu erreichen, so daß ein
besserer Massentransport und/oder eine bessere Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeits-
und Dampfströmen
erreicht wird, die in der Kolonne fließen, ist in US-Patent Nr. 5,413,741
aufgeführt.
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Zu
anderen Packungsarten neben den Platten mit gerippter und strukturierter
Oberfläche
gehört eine
Packung, die aus einzelnen Packungselementen besteht. Es wird allgemein
angenommen, daß der Wirkungsgrad
bei der Verwendung solcher Packungselemente verbessert wird, wenn
die Elemente regellos vorgesehen werden, wie es in US-Patent Nr. 4,376,081
von Leva beschrieben ist, das ein Element offenbart, das eine Unterseite
aufweist, die eine Oberflächenkontur
hat, die durch Rotation einer zweidimensionalen Kurve mit umgekehrter
Krümmung über einen
ungefähren
Winkelbereich von 10 bis 180° um
eine gerade Linie, die in der Ebene der Kurve liegt, entsteht. Die
Unterseite des Packungselementes ist außerdem mit Schlitzen und davon
abgehenden Zungen versehen. Eine Packung für eine Destillationskolonne
in Form eines sphärischen
Körpers,
der durch Zusammenstellen von einem Paar halbkugelförmiger Teile
mit der gleichen Form und Struktur hergestellt wird, wobei jedes
halbkugelförmige
Teil eine geeignete Anzahl von herausgeschnittenen Öffnungen
aufweist, die auf dessen Oberflächenabschnitt
ausgebildet sind, ist in US-Patent Nr. 4,159,817 von Ikawa gezeigt.
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Das
Konzept des Gleichstromkontaktes von Flüssigkeits- und Dampfströmen innerhalb
des insgesamt im Gegenstrom erfolgenden Flusses dieser beiden Ströme in der
Kolonne ist vorgeschlagen worden, um die gesamte Trennkapazität zu erhöhen. Ein Beispiel
dieses Konzeptes ist die in US-Patent Nr. 4,361,469 von Trutna aufgeführte Gestaltung
eines Bodens. Die Kolonne hat eine Vielzahl von senkrecht beabstandeten
Böden,
die jeweils aus zwei senkrecht beabstandeten Reihen von Streifen
bestehen, die parallel sind und wobei die Streifen der unteren Reihe
unter den Zwischenräumen
der oberen Reihe zentriert sind, und weist einen Separator über jedem Boden
auf, der aus einer Vielzahl von senkrecht beabstandeten Reihen von
nach oben zeigenden Kanälen
besteht, die parallel sind und wobei die Kanäle einer Reihe zwischen den
Kanälen
der benachbarten Reihe oder Reihen zentriert sind, wobei die Böden und
die Separatoren einen wesentlichen Teil der Querschnittsfläche der
Kolonne einnehmen und die restliche Querschnittsfläche der
Kolonne von Flüssigkeitsrückflußrohren
eingenommen wird.
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US 3 779 527 offenbart eine
Trennkolonne zum Destillieren oder Fraktionieren eines Beschickungsstroms,
welche umfaßt:
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- (a) eine Vielzahl von miteinander verbundenen Böden, die
eine Oberseite des Bodens und eine Unterseite des Bodens aufweisen;
- (b) eine Vielzahl von Abschnitten für den Gleichstromkontakt von
Dampf und Flüssigkeit,
die sich auf den Böden
befinden, die ein Volumen haben, in dem der Dampf und die Flüssigkeit
im Gleichstrom in Kontakt kommen können;
- (c) eine Vielzahl von Deentrainment-Einrichtungen, die sich
auf den Böden
befinden, zum Abtrennen von mitgerissenen Flüssigkeiten von einem Dampfstrom,
wobei die Deentrainment-Einrichtungen eine Innen- und eine Außenseiten
haben, wobei die Innenseite an die Abschnitte für den Gleichstromkontakt angrenzt
und die Innen- und
Außenseiten
der Deentrainment-Einrichtungen für Dämpfe und Flüssigkeiten permeabel sind;
- (d) eine Vielzahl von Flüssigkeitsrückflußrohren mit
einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, wobei der obere
Abschnitt des Flüssigkeitsrückflußrohres
Flüssigkeit
vom ersten Boden aufnehmen kann und der untere Abschnitt des Flüssigkeitsrückflußrohres
in einem zweiten Boden angeordnet ist, der sich in der Kolonne in senkrechter
Richtung unter dem ersten Boden befindet; und
- (e) Dampföffnungen,
die an einer Stelle unter den Abschnitten für den Gleichstromkontakt durch
die Unterseite der Böden
gehen, durch die Dämpfe
in den Abschnitt für
den Gleichstromkontakt des Bodens strömen können.
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Die
unteren Abschnitte dieser Flüssigkeitsrückflußrohre befinden
sich nicht im Abschnitt für
den Gleichstromkontakt.
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Es
sind Verbesserungen der Gestaltung von Destillations- und Fraktionierkolonnen
erforderlich, um den Wirkungsgrad oder die Kapazität des gesamten
Trennprozesses zu verbessern und dadurch die Betriebs- und/oder Fixkosten
zu verringern. Bessere Gestaltungen würden vorzugsweise das gesamte Volumen
in der Kolonne für
die Verwendung beim Trennprozeß nutzbar
machen und einen wirksamen Kontakt der Phasen mit der darauffolgenden
wirksamen Trennung dieser ausnutzen.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt die Gestaltung eines Bodens für die Verwendung
in einer Trennkolonne, wie einer Destillations- oder Fraktionierkolonne,
zusammen mit Verfahren für
die Durchführung
eines Trennprozesses mittels einer solchen Kolonne unter Anwendung
der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Bodens bereit. Die erfindungsgemäße Gestaltung eines Bodens
sorgt für
eine bessere Trennleistung und/oder eine höhere Trennkapazität, indem
zwischen den Flüssigkeits-
und Dampfströmen
innerhalb eines einzelnen Bodens noch wirksamer ein Gleichstromkontakt
erzeugt wird, und sorgt auch für
eine wirksame Trennung dieser beiden Ströme nach dem Gleichstromkontakt
innerhalb dieses Bodens.
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Die
Gestaltung des Bodens wird in einer Trennkolonne zum Destillieren
oder Fraktionieren eines Beschickungsstroms angewendet, wobei die
Kolonne eine Vielzahl von miteinander verbundenen Böden auf weist,
die einer Oberseite des Bodens und einer Unterseite des Bodens aufweisen.
Auf jedem Boden befindet sich eine Vielzahl von Abschnitten für den Gleichstromkontakt
von Dampf und Flüssigkeit, die
ein Volumen des Bodens umfassen, in dem die Dämpfe und die Flüssigkeit
im Gleichstrom in Kontakt kommen können. Auf jedem Boden befindet
sich auch eine Vielzahl von Deentrainment-Einrichtungen, um mitgerissene
Flüssigkeiten
von einem Dampfstrom abzutrennen, wobei diese Deentrainment-Einrichtungen
eine Innen- und eine Außenseite haben,
wobei die Innenseite an die entsprechenden Abschnitte für den Gleichstromkontakt
angrenzt und die Innen- und Außenseiten
der Deentrainment-Einrichtungen für einen Fluidstrom permeabel
sind. Die Gestaltung des Bodens enthält ferner auf jedem Boden eine
Vielzahl von Flüssigkeitsrückflußrohren,
die jeweils einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweisen,
wobei der obere Abschnitt jedes Flüssigkeitsrückflußrohres Flüssigkeit der entsprechenden
Deentrainment-Einrichtungen eines ersten Bodens aufnehmen kann und
sich der untere Abschnitt jedes Flüssigkeitsrückflußrohres im entsprechenden Abschnitt
für den
Gleichstromkontakt eines zweiten Bodens befindet, der in der Kolonne
in senkrechter Richtung unter dem ersten Boden angeordnet ist und
direkt in diesen abgibt. Jeder Boden enthält ferner unterhalb jedes Abschnitts
für den
Gleichstromkontakt Dampföffnungen,
die durch dessen Boden hindurchgehen und durch die Dämpfe in
die Abschnitte für
den Gleichstromkontakt eines Bodens strömen können.
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Die
erfindungsgemäßen Deentrainment-Einrichtungen
können
nach verschiedenen bekannten Technologien aufgebaut werden, die
zum Trennen von Flüssigkeitstropfen
von einem Dampfstrom angewendet werden. Ein Beispiel einer solchen
Technologie schließt
Demister oder Entnebeler, wie Demister vom Chevron-Typ, ein. Ein
anderes Beispiel einer solchen Technologie schließt Siebeinlagen oder
Metallgewebestreifen ein. Es können
auch Kombinationen dieser Technologien von Entnebelern verwendet
werden.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
können durchgeführt werden,
indem die vorstehend angegebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Bodens verwendet wird. Im Verlauf des Trennprozesses strömt Flüssigkeit
durch erste Flüssigkeitsrückflußrohre und
in Abschnitte für
den Gleichstromkontakt eines ersten Bodens. Gleichzeitig werden
Dämpfe
durch die Dampföffnungen
des ersten Bodens und in die Abschnitte für den Gleichstromkontakt des
ersten Bodens gerichtet, wodurch die Dämpfe Flüssigkeit in den Abschnitten
für den Gleichstromkontakt
des ersten Bodens mitreißen, wodurch
ein Fluid mit gemischten Phasen erzeugt wird, das sich im Gleichstrom
nach oben durch die Abschnitte für
den Gleichstromkontakt des ersten Bodens bewegt. Dieses Fluid mit
gemischten Phasen strömt
durch die Deentrainment-Einrichtungen des ersten Boden, wodurch
die mitgerissene Flüssigkeit von
den Dämpfen
abgetrennt wird. Nach diesem Trennschritt wird die abgetrennte Flüssigkeit
aus den Deentrainment-Einrichtungen
des ersten Bodens zu zweiten Flüssigkeitsrückflußrohren
und in die Abschnitte für
den Gleichstromkontakt eines zweiten Bodens geleitet, der sich in
senkrechter Richtung unter dem ersten Boden befindet. Die abgetrennten Dämpfe von
den Deentrainment-Einrichtungen des ersten Bodens werden zu Abschnitten
für den
Gleichstromkontakt eines dritten Bodens geleitet, der sich in senkrechter
Richtung über
dem ersten Boden befindet.
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Kurze Beschreibungen der
Zeichnungen
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1 ist ein schematischer
Querschnitt der erfindungsgemäßen Gestaltung
von miteinander verbundenen Böden;
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2 ist ein schematischer
Querschnitt, detailliert, mit der aufgezeichneten Strömung, der
erfindungsgemäßen Gestaltung
von miteinander verbundenen Böden;
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3 ist ein Teilschnitt einer
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Deentrainment-Einrichtung;
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4 ist eine Draufsicht eines
Querschnitts einer Kolonne, in der ein Boden mit der erfindungsgemäßen Gestaltung
enthalten ist;
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5 ist ein schematischer
Querschnitt der miteinander verbundenen Böden mit der erfindungsgemäßen Gestaltung
unter Verwendung einer Drehung der Böden um 90°.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung gibt eine verbesserte Gestaltung eines Bodens
für die
Verwendung in Trennkolonnen, wie Destillations- und Fraktionierkolonnen,
an. Diese Gestaltung des Bodens sorgt für einen Gleichstromkontakt
zwischen der Flüssig-
und der Dampfphase innerhalb der einzelnen getrennten Bodenabschnitte,
wodurch die gesamte Trennung im Gegenstrom verbessert wird, die
in der Kolonne stattfindet.
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Die
bestimmten Gesichtspunkte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind anhand der Figuren verständlich, worin gleiche Bezugsziffern ähnliche
Komponenten der Gestaltung eines Bodens bezeichnen.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegende Erfindung ist in 1 aufgeführt, die
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht einer Destillationskolonne 2 mit
Seitenwänden 4 der
Kolonne ist, die im allgemeinen eine zylindrische Form der Kolonne
definieren. Die allgemeine Beschreibung der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Bodens kann anhand von 1 erfolgen,
und eine ausführlichere
Beschreibung der Massenströme
im Inneren der Kolonne 2 erfolgt anhand der folgenden ausführlichen
Zeichnungen. In der Kolonne 2 gibt es eine Vielzahl von Trennböden 6.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung strömt die
Flüssigkeit
in der Kolonne 2 von einem Boden durch Flüssigkeitsrückflußrohre 14 zu
einen in senkrechter Richtung darunterliegenden Boden, die den Durchgang
bereitstellen, damit die Flüssigkeit
von einem oberen Boden zu einem unteren Boden strömen kann.
Die Dämpfe
steigen durch die Kolonne 2 von einem Boden zum nächsten,
in senkrechter Richtung höheren
Boden und gelangen durch Öffnungen 22 durch
die Unterseite 24 des Bodens 6 in den höheren Boden.
Die Böden 6 weisen
Abschnitte 16 für
den Gleichstromkontakt auf, in denen die aufsteigenden Dämpfe mit
der im unteren Abschnitt dieses Bodens 6 vorliegenden Flüssigkeit
in Kontakt kommen und diese mitreißen. Die Dämpfe werden in jedem Boden 6 durch
eine Vielzahl von Deentrainment-Einrichtungen 8 von der
mitgerissenen Flüssigkeit
abgetrennt. Die Flüssigkeit
verläßt die Deentrainment-Einrichtungen 8 und
strömt
in die Flüssigkeitsrückflußrohre 14 und
in den in senkrechter Richtung darunterliegenden Boden 6.
Die Dämpfe
verlassen die Deentrainment-Einrichtungen 8 und
strömen
nach oben zu einem in senkrechter Richtung höherliegenden Boden 6.
Die Deentrainment-Einrichtungen 8 werden von einer Innenseite 25 und
einer Außenseite 26 definiert. Die
Innenseite 25 kann aus einer gelochten bzw. perforierten
Platte hergestellt sein, so daß diese Öffnungen 29 den
Durchgang für
die Dämpfe
und die mitgerissene Flüssigkeit
bieten, damit sie in die Deentrainment-Einrichtungen 8 gelangen.
Somit sind die allgemeinen Komponenten der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Bodens in 1 gezeigt.
Die Dämpfe steigen
durch die Kolonne 2 nach oben, gelangen durch die Öffnungen 22 in
der Unterseite 24 des Bodens in den Boden 6 und
strömen
durch die Deentrainment-Einrichtungen 8 und nach oben zum nächsten Boden 6.
Die Flüssigkeit
gelangt durch das Ende des Flüssigkeitsrückflußrohres 14 in
einen Boden 6 und wird von den aufsteigenden Dämpfen mitgerissen,
die durch die Öffnungen 22 eintreten.
An dieser Stelle strömen
die Dämpfe
und die mitgerissene Flüssigkeit
in Gleichstromrichtung im Abschnitt 16 für den Gleichstromkontakt
nach oben durch den Boden 6. Die Dämpfe und die Flüssigkeit werden
im Boden 6 durch die Deentrainment-Einrichtungen 8 getrennt.
Die Dämpfe
verlassen die Deentrainment-Einrichtungen 8 und steigen
weiter nach oben durch die Kolonne 2, während die Flüssigkeit
die Deentrainment-Einrichtungen 8 verläßt und nach unten durch die
Kolonne 2 strömt.
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Die
in 1 gezeigte Gestaltung
eines Bodens ist in 2 detailliert
vergrößert dargestellt.
In 2 sind zwei Böden, ein
oberer Boden 10 und ein unterer Boden 20, gezeigt.
Die verschiedenen Gesichtspunkte der Gestaltung eines Bodens können anhand
des Flusses des Dampfstroms nach oben durch die Kolonne und des
Flusses des Flüssigkeitsstroms
nach unten durch die Kolonne erläutert
werden. Wie im Zusammenhang mit dem oberen Boden 10 zu
erkennen ist, strömt
ein Flüssigkeitsstrom 12 vom
Boden unmittelbar über
dem Boden 10 durch eine Reihe von Flüssigkeitsrückflußrohren 14 nach unten,
die einen oberen Rückflußrohrabschnitt 13, der
sich zwischen zwei benachbarten Böden, wie den Böden 10 und 20,
befindet, und einen unteren Rückflußrohrabschnitt 15 definieren,
der sich im unteren Boden befindet.
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Wenn
die Flüssigkeit 12 die
Unterseite des Rückflußrohres 14 erreicht,
sammelt sie sich am Boden des Rückflußrohres 14 an
und strömt
in die Unterseite eines Abschnittes 16 für den Gleichstromkontakt.
Der Abschnitt 16 für
den Gleichstromkontakt ist ein Bereich im Boden 10, 20,
durch den sowohl Dampf als auch Flüssigkeit im Gleichstrom nach oben
strömen.
Der Dampf 18 steigt vom benachbarten unteren Boden und
gelangt durch die Öffnungen 22 durch
die Unterseite 24 des Bodens 10, 20 in
den Abschnitt für
den Gleichstromkontakt. In 1 ist
der Dampfstrom durch die Öffnungen 22 anhand
der Linien 26 dargestellt. Folglich wird der Dampf 18,
der vom unteren Boden 20 zum oberen Boden 10 strömt, so ausgerichtet,
daß er
den Boden 10 nur durch die Öffnungen 22 betritt,
so daß er
sofort mit der Flüssigkeit
in Kontakt kommt, die aus dem Auslaß 28 des Rückflußrohres 14 fließt.
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In
der Unterseite des Abschnittes 16 für den Gleichstromkontakt führt die
Geschwindigkeit der aufsteigenden Dämpfe 26 dazu, daß der Dampfstrom Flüssigkeit
mitreißt,
wodurch ein Strom 30 von mitgerissener Flüssigkeit
und ein Strom 32 von mitreißendem Dampf gebildet werden.
Die Ströme
aus mitgerissener Flüssigkeit
und Dampf 30, 32 strömen nach oben durch den Abschnitt
für den
Gleichstromkontakt und entlang der Außenseite des Rückflußrohres 14. Das
Rückflußrohr 14 befindet
sich vorzugsweise in der Mitte des Abschnittes 16 für den Gleichstromkontakt,
so daß der
nach oben gerichtete Gleichstrom von Dämpfen und Flüssigkeit
ziemlich gleichmäßig auf
beiden Außenseiten
des Rückflußrohres 14 verteilt
ist, obwohl das für
die Durchführung
der beanspruchten Erfindungen nicht der Fall sein muß.
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Die
Ströme 30, 32 von
mitgerissener Flüssigkeit
und Dampf müssen
im Boden abgetrennt oder entmischt werden, so daß der Dampf zum nächsten, in
senkrechter Richtung darüber
liegenden Boden aufsteigen kann und die Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft
zum nächsten,
in senkrechter Richtung darunter liegenden Boden fließen kann.
Dieser Trennschritt erfolgt in den Deentrainment-Einrichtungen 8.
Die Oberseite 42 des Bodens verhindert, daß die Dampf-
und Flüssigkeitsströme 32, 30 den
Boden verlassen, ohne durch die Deentrainment-Einrichtung 8 zu
strömen.
Wie in 2 gezeigt, gelangen der
Strom 30 aus mitgerissener Flüssigkeit und der Dampfstrom 32 in
die Deentrainment-Einrichtung 8, in dem sie durch die Öffnungen 29 in
der Deentrainment-Innenseite 25 strömen. In der Deentrainment-Einrichtung 8 wird
der Flüssigkeitsstrom 30 vom
Dampfstrom 32 abgetrennt. Der Dampfstrom tritt durch die
Außenwand 27 der
Deentrainment-Einrichtungen 8 als Dampfstrom 17 aus,
der sich sammelt und einen Dampfstrom 18 bildet, der den
Boden verläßt. In der
in 2 gezeigten Ausführungsform
vergrößert die
durchgängige
Oberseite 42 des Bodens die Länge der Deentrainment-Einrichtung 8.
Der Flüssigkeitsstrom 39 entsteht
durch das Abfließen der
aufgefangenen Flüssigkeitstropfen
in der Deentrainment-Einrichtung 8 und verläßt die Un terseite 35 der
Außenwand 27 der
Deentrainment-Einrichtung 8, um sich im Sumpf 44 des
Rückflußrohrs zu
sammeln und einen Flüssigkeitsstrom 12 zu
bilden, der durch das Rückflußrohr 14 fließt. Ein
Flüssigkeitsüberlauf 37,
der vorzugsweise ein integrierter Teil der perforierten Platte ist,
die die Innenseite 25 der Deentrainment-Einrichtung 8 bildet,
wird bei der Gestaltung eines Boden vorzugsweise verwendet, um einen
Flüssigkeitspool 40 aufzubauen,
durch den der Dampfstrom 26 strömt, und um zu verhindern, daß die Flüssigkeit
durch die Deentrainment-Einrichtung 8 strömt, ohne
daß sie
zuerst im Abschnitt 16 für den Gegenstromkontakt im
Gleichstrom mit dem Dampfstrom nach oben steigt.
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Diese
bestimmte Technologie der Gestaltung, die bei der Herstellung der
Deentrainment-Einrichtung 8 angewendet wird, stellt keinen
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dar, da es zahlreiche handelsübliche Technologien
gibt, aus denen die Herstellung der Deentrainment-Einrichtung ausgewählt werden
kann. Die Deentrainment-Einrichtungen 8 sind im allgemeinen
senkrecht orientierte Einrichtungen zur Beseitigung von Nebel. Ihre
Funktion besteht darin, mitgerissene Flüssigkeitstropfen aus dem strömenden Gasstrom
zu entfernen und zu ermöglichen,
daß die
Flüssigkeit,
typischerweise durch die Schwerkraft, in den Sumpf 44 des
Rückflußrohres abläuft.
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In
einer Ausführungsform
wird ein Entnebeler vom "Chevron"-Typ als Deentrainment-Einrichtung 8 verwendet,
wobei dieser Entnebeler aus senkrechten, parallelen Platten aus
geripptem Metall hergestellt ist, wobei die Achsen der Rippen senkrecht verlaufen.
Bei Verwendung queren der Dampfstrom 32 und der Flüssigkeitsstrom 30 waagerecht
durch die senkrechten Platten und werden an den Biegungen der gerippten
Platten, die typischerweise im Winkel von 90° gebogen sind, zu aufeinanderfolgenden Wendungen
gezwungen. Die mitgerissenen Flüssigkeitstropfen,
die eine größere Masse
(und folglich Schwerkraft) aufweisen, werden aus dem Dampfstrom
ausgeworfen, wenn sich der Strom durch die Innenseite des Entnebelers
wendet und die Flüssigkeitstropfen
auf die Platten treffen. Die Flüssigkeitstropfen
laufen dann aufgrund der Schwerkraft entlang der Fläche der
Platte nach unten. Eine solche Gestaltung des Entnebelers für die Deentrainment-Einrichtung 8 ist
in 2 mit den Linien 46 dargestellt,
die die Kanten der Platten an deren Biegungen zeigen.
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Eine
weitere Ausführungsform
eines Entnebelers ist in 3 gezeigt,
wobei dort nur ein Teil des Entnebelers dargestellt ist, der verlängert werden müßte, um
den Bereich auf dem Boden für
die Deentrainment-Einrichtung 8 zu
füllen.
Bei diesem Entnebeler 50 gelangen der Dampfstrom 32 und
der Strom 30 der mitgerissenen Flüssigkeit zusammen in den Entnebeler 50,
und Tropfen 52 der Flüssigkeit
sammeln sich auf den gerippten Platten 54. Aufgrund der Schwerkraft
strömen
die Flüssigkeitstropfen 52 über die
Oberfläche
der Platten 54 nach unten und bilden größere Tropfen 56. In
dieser Ausführungsform
gibt es speziell geformte "Haken" 58, die
eine Ruhezone zum Sammeln der Flüssigkeit
bilden und die das erneute Mitreißen der Flüssigkeitstropfen 52 im
Dampfstrom 32 unterdrücken.
Somit verläßt der Dampfstrom 32 den
Entnebeler 50 mit einem geringeren Gehalt an mitgerissener
Flüssigkeit
als der Dampfstrom 17; der Flüssigkeitsstrom 30 sammelt
sich im Entnebeler und tritt als Flüssigkeitsstrom 39 aus.
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Die
Entnebeler können
andere bestimmte Gestaltungen haben, die grundsätzliche Technologie ist jedoch
die gleiche: eine Abtrennung der Flüssigkeitstropfen vom Dampfstrom,
indem beide Ströme durch
gerippte Metallbleche oder -platten strömen. Die Metallbleche sind
vorzugsweise aus Stahl. In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt,
bei der Gestaltung des Entnebelers eine dünne Metallplatte zu verwenden,
damit das Gesamtgewicht jedes Bodens geringer wird. Es können andere
Baumaterialien, wie Kunststoff- oder Glasfasermaterialien, verwendet werden.
Kunststoffmaterialien können
von Vorteil sein, indem sie für
die Gestaltung glatterer Kanten sorgen, die den Druckabfall innerhalb
der Deentrainment-Einrichtung verringern können. Entnebeler sind im Handel
von Firmen, wie Koch Engineering Co. und Otto H. York Company, Inc.
erhältlich.
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Neben
den vorstehend als Systeme vom "Chevron"-Typ beschriebenen
Entnebelern können verschiedene
andere Technologien als Deentrainment-Einrichtungen 8 angewendet
werden. Z.B. können
Siebeinlagen, die aus Metallgewebestreifen aufgebaut sind verwendet
werden, und diese sind handelsüblich.
Strukturierte Packungen oder Gitter können ebenfalls als Deentrainment-Einrichtungen 8 verwendet
werden. Es können
auch Kombinationen dieser verschiedenen Technologien angewendet werden,
wobei die erste Einrichtung als Einrichtung für das Zusammenlaufen der Flüssigkeitstropfen wirkt
und die zweite Einrichtung als Fänger
für die
zusammengelaufenen Tropfen wirkt.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
kann die Gestaltung des Bereichs des Bodens am Auslaß 28 des
Rückflußrohrs 14 abgeändert werden,
um den Strom der Dämpfe 22 nach
oben durch das Rückflußrohr 14 zu
hemmen und dadurch den Abschnitt 16 für den Gleichstromkontakt zu
umgehen. In einer Ausführungsform
weist das Rückflußrohr 14 eine Öffnung 28 auf,
die eine eingeschränkte Öffnung darstellt,
so daß sich
im unteren Abschnitt 15 des Rückflußrohres eine höhere statische
Druckhöhe
als im Abschnitt 16 für
den Gleichstromkontakt einstellt. Eine andere Ausführungsform
würde ein
bewegliches Absperrventil einschließen, das sich an der Öffnung 28 des
Rückflußrohres 14 befindet,
um eine Aufwärtsströmung des
Dampfes zu verhindern. Ein Absperrventil kann einfach als leichte
bewegliche Platte unter dem Ende des Rückflußrohres gestaltet sein, die
sich ungehindert nach oben bewegen kann und das Rückflußrohr verschließen kann,
sollte Dampf versuchen, nach oben durch das Rückflußrohr zu strömen. Als
andere Alternative können
die Öffnungen 22 so
angeordnet sein, daß sie
nicht direkt unter der Öffnung 28 des
Rückflußrohr 14 sind.
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In 4 ist eine Draufsicht eines
Bodens gezeigt, der gemäß der vorliegenden
Erfindung gestaltet ist und der sich in der Kolonnenwand 4 befindet. Die
verschiedenen Komponenten des Bodens sind als Reihen zu erkennen,
die sich in Richtung des Umfangs der Kolonne erstrecken, der von
der Wand 4 definiert wird. Aus dieser Draufsicht sind die
Flüssigkeitsrückflußrohre 14 als
kreisförmige
Abschnitte zu erkennen, die sich vom Sumpf 44 der Rückflußrohre 14 nach
unten erstrecken. Neben den Rückflußrohren 14 gibt
es Deentrainment-Einrichtungen 8, die hier als Wellenlinien
eines Entnebelers gezeigt sind. Zwischen den Deentrainment-Einrichtungen 8 befindet
sich der Raum 16 für
den Gleichstromkontakt, der als Öffnungen 22 durch
die Unterseite 24 der Böden gezeigt
ist. Der Einfachheithalber ist nicht gezeigt, daß sich die Reihen der einzelnen
Abschnitte bis zu den Rändern
der Wand 4 erstrecken, obwohl sich diese Abschnitte in
der Praxis bis zur Wand 4 oder möglichst nahe bis zu dieser
erstrecken würden,
um dadurch irgendeinen "toten
Raum" in der Kolonne
zu minimieren.
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Die
Prinzipien der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Bodens wurden anhand der in den 1 bis 4 aufgeführten Ausführungsformen beschrieben. Die
optimalen Verhältnisse
und Abmessungen der verschiedenen Komponenten der Gestaltung eines
Bodens liegen im Ermessen des Fachmanns und hängen von der bestimmten Kolonne
ab, bei der diese Erfindung angewendet werden soll. Im allgemeinen
sind jedoch folgende Abmessungen für die meisten Gestaltungen
einer Kolonne gültig.
Der Höhenunterschied
zwischen der Unterseite 24 eines Bodens und der Unterseite 24 des
nächsten
Bodens beträgt
etwa 18 bis etwa 36 inch (etwa 46 bis 92 cm). Der Abstand zwischen
der Oberseite 42 eines Bodens und der Unterseite 24 des
nächsten
Bodens beträgt
etwa 4 bis etwa 8 inch (etwa 10 bis 20 cm). Die Breite des Bereichs,
in dem die Öffnungen 22 in
der Unterseite 24 des Bodens vorliegen, beträgt etwa
6 bis etwa 12 inch (etwa 15 bis 30 cm). Die Breite des Bereichs
der Deentrainment-Einrichtungen 8 beträgt etwa 3 bis etwa 6 inch (etwa
7,5 bis 15 cm). Der Durchmesser des unteren Abschnittes 15 des
Rückflußrohres 14 beträgt etwa
2 bis etwa 4 inch (etwa 5,0 bis 10,0 cm). Die Breite des gesamten
Abschnittes für
den Gleichstromkontakt beträgt
etwa 8 bis etwa 16 inch (etwa 20 bis 41 cm). Die Höhe des Bodens von
seiner Unterseite 24 bis zu seiner Oberseite 42 beträgt etwa
12 bis etwa 28 inch (etwas 30 bis 71 cm). Die Breite des unteren
Abschnitts 15 des Rückflußrohres 14 beträgt etwa
2 bis etwa 6 inch (etwa 5 bis 15 cm).
-
Bei
der Anordnung der Böden 6 in
der Kolonne 2 können
verschiedene Abänderungen
vorgenommen werden. Wie in den 1 und 2 gezeigt, sind die Böden 6 mit
der Kolonne 6 ausgerichtet. Die Böden 6 können in
der Kolonne gedreht sein, wie es in 5 gezeigt
ist, in der die Böden
in einem um 90° versetzten
Muster gestaffelt sind. Wie in 5 gezeigt,
sind die grundsätzlichen
Komponenten der Böden
wie in 1 bezeichnet.