-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung einer
Flüssigkeit
und eines Dampfes zu und von einer Packung in einer Austauschkolonne
für Wärme- und/oder Stoff-
bzw. Materie-Übergangsverfahren.
Die Vorrichtung findet besondere Anwendung bei kryogenen bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren,
die Destillation nutzen, obwohl sie bei weiteren Wärme- und/oder
Stoff- bzw. Materie-Übergangsverfahren
verwendet werden kann, die eine Packung, zum Beispiel eine Zufalls-
oder strukturierte Packung, verwenden.
-
Der.
Begriff "Kolonne", wie er hier benutzt wird,
bedeutet eine Destillations- oder Fraktionierungskolonne oder -zone,
d. h., eine Kolonne oder Zone, in der flüssige und Dampfphasen im Gegenstrom
kontaktiert werden, um eine Zerlegung eines Fluid-Gemisches zu bewirken,
wie durch das Kontaktieren der Dampf- und Flüssigkeitsphasen an Packungselementen
oder an einer Reihe von vertikal im Abstand angeordneten Böden oder
Platten, die in einer Kolonne befestigt sind.
-
Der
Begriff "Packung" bedeutet feste oder hohle
Körper
einer vorgegebenen Größe, Form
und Konfiguration, die als Kolonneninneres verwendet werden, um
einen Oberflächenbereich
für die
Flüssigkeit
zur Verfügung
zu stellen, so dass ein Stoff- bzw.
Materieübergang
an der Berührungsfläche Flüssigkeit/Dampf
während
der Strömung
im Gegenstrom von zwei Phasen ermöglicht wird. Zwei weit reichende
Klassen von Packungen sind "zufällige" und "strukturierte".
-
"Zufällige Packung" bedeutet eine Packung, in
der einzelne Elemente keine bestimmte Ausrichtung relativ zu einander
oder zur Achse der Kolonne haben. Zufallspackungen sind kleine,
in der Regel hohle Strukturen mit einem großen Oberflächenbereich pro Einheitsvolumen,
die statistisch verteilt in eine Kolonne geladen werden.
-
"Strukturierte Packung" bedeutet eine Packung,
in der einzelne Elemente eine spezielle Ausrichtung relativ zueinander
und zur Achse der Kolonne haben. Strukturierte Packungen sind in
der Regel aus Streckmetall oder einem gewebten Drahtgeflecht hergestellt,
die in Schichten oder als spiralförmige Wicklungen gestapelt
werden, wobei jedoch andere Konstruktionsmaterialien wie blankes
Blechmetall verwendet werden können.
-
Die
kryogene bzw. Tieftemperatur-Zerlegung von Luft wird durch das Hindurchführen von
Flüssigkeit
und Dampf beim Kontakt im Gegenstrom durch eine Destillationskolonne
ausgeführt.
Die Dampfphase des Gemisches steigt mit einem ständig zunehmenden Anstieg der
Konzentration von flüchtigeren Bestandteilen,
z. B. Stickstoff, auf, während
die flüssige
Phase des Gemisches bei einer ständig
abnehmenden Konzentration von weniger flüchtigen Bestandteilen, z. B.
Sauerstoff, absinkt. Es können
verschiedene Packungen oder Böden
verwendet werden, um die flüssigen
und gasförmigen
Phasen des Gemisches in Kontakt zu bringen, so dass ein Stoff-Übergang
zwischen den Phasen durchgeführt wird.
-
Die
Verwendung von Packung für
die Destillation ist übliche
Praxis und hat dort viele Vorteile, wo der Druckabfall wichtig ist.
Das Leistungsverhalten von gepackten Kolonnen ist jedoch sehr von
der Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts zwischen
der nach unten gerichteten Strömung
von Flüssigkeit
und der nach oben gerichteten Strömung von Dampf örtlich in
der Packung abhängig.
Die Verteilung der Flüssigkeit
und des Dampfes in der Packung wird durch die anfängliche
Präsentation
dieser Fluide zu der Packung beeinflusst.
-
Die
anfängliche
Präsentation
von Flüssigkeit und
Dampf für
die Packung wird in der Regel durch die Verteiler vorgenommen. Ein
Flüssigkeitsverteiler, dessen
Rolle es ist, die Packung gleichmäßig mit Flüssigkeit zu berieseln, befindet
sich über
der Packung, während
sich ein Dampfverteiler, dessen Rolle es ist, eine gleichförmige Dampfströmung unter
der Packung zu erzeugen, unter der Packung befindet.
-
In
der Praxis sind gepackte Destillationskolonnen in zwei oder mehr
gepackte Sektionen unterteilt. Die Anzahl der gepackten Sektionen
hängt von der
besonderen Zerlegung ab, die ausgeführt wird. Zum Beispiel kann
jede Sektion ein einmaliges grobes Verhältnis der molaren Strömung von
Flüssigkeit und
Dampf (liquid-vapour "L/V
ratio") haben, um
die Destillation an wirksamsten durchzuführen. In diesem Fall kann die
Flüssigkeit
und/oder der Dampf zu oder von einer anderen Kolonne, einem Tank
oder Wärmetauscher
transportiert und über
und unter jeder gepackten Sektion entnommen oder zugeführt werden.
Eine weitere erforderliche Anwendung von getrennten gepackten Sektionen
entsteht, wenn sich die Höhe
der gepackten Sektion einem gewissen Maximalwert nähert, über dem
es notwendig ist, die zwei Fluide vor der Weiterführung der
Zerlegung zu sammeln und/oder neu zu verteilen. Die Neuverteilung der
Fluide wirkt, um die Auswirkungen einer Fehlverteilung zu mildern.
In diesem Fall würde
eine einzelne hohe Sektion zum Beispiel in zwei oder mehr kürzere Sektionen
geteilt werden, von denen jede im Wesentlichen das gleiche grobe
L/V-Verhältnis
hat.
-
Die
Anwendung einer Vielfalt von getrennten gepackten Sektionen in einer
Kolonne erfordert eine Vielfalt von Flüssigkeits- und Dampfverteilern über und
unter jeder Sektion. Benachbarte Verteiler arbeiten typischerweise
zusammen, das heißt,
der Dampfverteiler verteilt Dampf, während er auch Flüssigkeit von
der Sektion darüber
sammelt und sie durch den Flüssigkeitsverteiler
darunter führt.
Einspeisungen und Entnahmen bzw. Abzüge von Flüssigkeit und/oder Dampf zwischen
den gepackten Sektionen werden genauso in Verbindung mit dem Verteiler
vorgenommen. Zum Beispiel kann eine Einspeisung einer Flüssigkeit
durch die Seite der Kolonne direkt in den Flüssigkeitsverteiler vorgenommen
werden, der gleichzeitig die Flüssigkeit
aufnimmt, die vom Dampfverteiler darüber gesammelt wird.
-
Neben
der Rolle der groben Strömungsverteilung
können
Verteiler, die sich zwischen gepackten Sektionen befinden, auch
die Auswirkungen von groben Konzentrationsgefällen in einer Kolonne mildern. Das
Mischen von Flüssigkeit
in den Dampf- und Flüssigkeitsverteilern,
die von unterschiedlichen radialen Stellen in der gepackten Sektion
darüber
gesammelt wurde, verringert jegliche Zusammensetzungsunterschiede über den
Kolonnenquerschnitt. Der Flüssigkeitsverteiler
kann außerdem
Flüssigkeiten,
die in die Kolonne von einer Seiteneinspeisung eingespeist werden,
mit Flüssigkeiten
mischen, die von der Sektion darüber
gesammelt werden. Der Dampfverteiler kann in einer ähnlichen
Weise wirken, um Dämpfe über den
Kolonnenquerschnitt zu mischen und Dampf, der von der Außenseite
der Kolonne eingespeist wird, mit dem vorherrschenden, nach oben strömenden Dampf
in der Kolonne zu mischen.
-
Die
Vorteile ausgleichend, die durch die Flüssigkeits- und Dampfverteiler
im Leistungsverhalten der Kolonne bereitet wurden, fügt außerdem jeder Verteiler
der Kolonne eine signifikante Höhe
hinzu. Der vertikale Abstand zwischen dem Boden einer gepackten
Sektion und dem oberen Ende einer benachbarten gepackten Sektion
darunter muss groß genug sein,
um den Dampfverteiler, den Flüssigkeitsverteiler
und beliebige Zuführdüsen oder
Abzugdüsen
aufzunehmen. Der vertikale Abstand wird unter dem Flüssigkeitsverteiler
und über
dem Dampfverteiler benötigt,
um der Dampfströmung
ausreichend Lösungs-Raum
zu geben, so dass die Strömungsgleichförmigkeit
in der Packung nicht beeinflusst wird. Ein gewisser zusätzlicher
vertikaler Abstand kann durch die Anforderungen zum Einbau der zusätzlichen
Verteilerkomponenten und -düsen
in die Kolonne erforderlich sein.
-
Zusätzlich zu
den Kosten der Kolonnenhöhe bringt
jeder Verteiler auch Herstellungskosten mit sich. Neben den Höhe-Anforderungen
und den Herstellungskosten von Dampf- und Flüssigkeitsverteilern fügt deren
enge Nähe
auch Komplexität
und Kosten zur Kolonnenausführung
hinzu.
-
Zum
Beispiel muss der Dampfverteiler mit Bezug auf die Ausrichtung,
Form und Nähe
des Flüssigkeitsverteilers
und der Zuführ-/Abzugdüsen ausgeführt sein,
um eine ernsthafte Fehlverteilung des Dampfes anhand der "Schattenwirkung" dieser Komponenten
auf die Dampfströmung
zu vermeiden. Es gibt ein zusätzliches
Erfordernis für
einen vertikalen Abstand, das aus dem Anordnen der Verteiler in
der Nähe
zu einander entsteht. Der vertikale Abstand wird zwischen dem Flüssigkeitsverteiler
und dem Dampfverteiler für
zusätzlichen
Lösungs-Raum
benötigt,
der durch die Ungleichförmigkeit
der Dampfströmung
notwendig ist, die durch den Flüssigkeitsverteiler
verursacht wird, bevor der Dampf in den Dampfverteiler gelangt.
-
Damit
verteilen optimal gepackte Kolonnensysteme für die Flüssigkeits- und Dampfverteilung wirksam
sowohl Flüssigkeiten
als auch Dämpfe
bei minimalen Anforderungen an die Kolonnenhöhe und Herstellungskosten,
während
eine adäquate
Mischung der einzelnen Fluide gefördert wird.
-
Es
gibt drei Haupttypen von typischen Flüssigkeitsverteilern, d. h.
Rohr-, Tiegel- und Trogverteiler. Jeder Typ wird unten kurz erörtert.
-
Rohrverteiler
bestehen aus einem Zwischenverbindungs-Netzwerk aus geschlossenen
Rohren oder Leitungen, die typischerweise ein zentrales Rohr oder
eine zentrale Rohrleitung und eine Reihe von Armen oder Verzweigungen
umfassen, die sich radial von dem zentralen Rohr erstrecken. Die
Arme sind perforiert, um zu ermöglichen,
dass Flüssigkeit, die
vom zentralen Rohr und in die Arme geführt wird, auf das gepackte
Bett unter dem Rohrverteiler getropft oder gesprüht wird. Nach oben strömender Dampf
wird leicht zwischen den Armen durchgeführt. Die Rohrverteiler nehmen
Flüssigkeit
von einem separaten Flüssigkeitssammler
oder einer externen Quelle auf, die durch die Wand der Kolonne geleitet wird.
Während
die Rohrverteiler einfach und preiswert aufzubauen sind, können sie
die Flüssigkeit
nur wenig verteilen, wenn Dampf in den Armen eingefangen wird.
-
Tiegelverteiler
bestehen aus einem Tiegel oder einem Topf mit Löchern im Boden, um der Packung
darunter Flüssigkeit
zuzuführen,
und Röhren oder
Steiger, damit der Dampf nach oben durch den Verteiler gelangt.
Tiegelverteiler dichten die Wand einer Kolonne häufig vollständig ab. Damit können Tiegelverteiler
als Flüssigkeitssammler
sowie als -verteiler wirken. Da das Bauen großer Tiegelverteiler jedoch
kostspielig ist, werden sie in der Regel in kleinen Kolonnen, d.
h. in Kolonnen mit Durchmessern von weniger als 1,5 Meter verwendet.
-
Trogverteiler
umfassen eine Ansammlung von miteinander verbundenen offenen Trögen mit Berieselungslöchern im
Unterteil, um der Packung darunter Flüssigkeit zuzuführen. Ein
oder mehrere obere Sammlungströge
oder ein einfacher Topf auf dem oberen Ende der unteren Tröge führt den
unteren Trögen
durch eine Reihe von Löchern
oder überfließenden Aussparungen
Flüssigkeit
zu. Dampf von der Packung darunter gelangt durch die Flüssigkeit enthaltenen
Tröge nach
oben.
-
Die
anfängliche
Präsentation
des Dampfes wird durch einen Dampfverteiler vorgenommen, der typischerweise
eine Vorrichtung umfasst, die dem Dampf eine Strömungsdrosselung verleiht, wie
ein perforierter Boden oder eine Reihe von "Schloten" mit kleinem Durchmesser, die auf einer
flachen Platte befestigt sind, die ansonsten gegenüber der
Dampfströmung
abgedichtet ist. Die Strömungsdrosselung verursacht
einen Druckabfall im Dampf, wenn er durch die Vorrichtung geführt wird.
Der auferlegte Druckabfall wird so vorgenommen, dass er beliebige radiale
Druckgefälle übersteigt,
die wahrscheinlich in der Dampfphase vorhanden sind, und erzwingt
dadurch eine Gleichförmigkeit
der Dampfströmungsrate über den
Querschnitt der Kolonne.
-
Es
wurden Versuche unternommen, die Kolonnenhöhe zwischen zwei gepackten
Sektionen zu verringern, indem zwei oder mehr von Flüssigkeitssammlung,
Flüssigkeitsverteilung
und Dampfverteilung in ein oder zwei Teile der Anlage kombiniert
werden. Diese fallen in zwei Kategorien: 1) kombinierte Flüssigkeitssammler/Flüssigkeitsverteiler
und 2) kombinierte Flüssigkeitssammler/Flüssigkeitsverteiler/Dampfverteiler.
Der typische Dampfverteiler, der einen perforierten Boden und ein
Fallrohr (Fallrohre) umfasst, wirkt außerdem als ein Flüssigkeitssammler.
-
Ein
Tiegel-Flüssigkeitsverteiler
kann als ein Flüssigkeitssammler
unter einer gepackten Sektion wirken, wie zuvor erwähnt wurde,
vorausgesetzt, dass die Dampfsteiger von der Flüssigkeit abgeschirmt sind,
die von der Packung darüber
heruntertropft. Es wurden Methoden vorgeschlagen, durch die die
Trogverteiler als Flüssigkeitssammler/-verteiler
wirken können,
indem die Dampfsteiger abgeschirmt werden. Diese sind eine Art von
Neuverteiler, da sie typischerweise eine Einspeisung von Flüssigkeit
nicht aufnehmen.
-
Es
wurden Variationen am kombinierten Flüssigkeitssammler/-verteiler
vorgeschlagen. Zum Beispiel wird in einer Ausführung eine Reihe von Trögen an zwei
oder mehreren Höhen
angeordnet, so dass die obere Schicht von Trögen mit Bezug auf die untere
Reihe von Trögen
versetzt angeordnet ist, wobei damit ein Kanal für den Dampf gebildet wird und versucht
wird, die ganze Flüssigkeit
zu sammeln, die von der Packung darüber herunter regnet. Eine Abdichtung
der Wand wird durch ein spezielles Ablenkblech an jeder Höhe vorgenommen.
-
Bei
einer weiteren Ausführung
wirkt eine Reihe von ineinander verschachtelten, abgeschrägten bzw.
konischen Trichtern, die über
einem Trog-Flüssigkeitsverteiler angeordnet
sind, als ein Flüssigkeitssammler.
Lücken
zwischen jedem Trichter ermöglichen
es, dass der Dampf zwischen den Trichtern nach oben geführt wird.
Der Durchmesser des oberen Endes von jedem Trichter ist größer als
der Boden des benachbarten Trichters, so dass die Flüssigkeit,
die von der Packung darüber
kommt, gesammelt wird.
-
Bei
noch einer weiteren Ausführung
lenkt eine Reihe von Streifen, die über den Dampfsteigern angeordnet
ist, herunter regnende Flüssigkeit
auf einen Trog-Flüssigkeitsverteiler.
Diese Ausführung kann
in Verbindung mit einer Flüssigkeits-Zuführdüse verwendet
werden, deren Perforationen sich über den Streifen befinden,
so dass die Einspeisungsflüssigkeit
mit der Flüssigkeit
gemischt werden kann, die auf die Streifen herunter regnet, wenn
sie in die Tröge überläuft.
-
Nach
dem Stand der Technik wurden Versuche zur Unterstützung des
Mischens von Flüssigkeit in
den Verteilern durch verschiedene Anordnungen vorgeschlagen. In
der US-A-5 240 652 wirkt ein Tiegel-Verteiler mit Steigern, die
mit Kappen versehen sind, als ein Flüssigkeitssammler und speist
Flüssigkeit
in einen zentralen Trog, der dann die Flüssigkeit an einen unteren Tiegelverteiler
verteilt. Der zentrale Trog wirkt als ein Vorverteiler für den unteren
Tiegelverteiler und mischt außerdem
die Flüssigkeit,
die sich im Flüssigkeitssammler
angesammelt hat. Dieser Typ des Verteilers hat verschiedene Nachteile einschließlich der
Tatsache, das die Funktionen der Flüssigkeitssammlung und der Vorverteilung
an zwei Höhen
durchgeführt
werden. Außerdem
sieht dieser Typ des Verteilers keine Flüssigkeits- oder Dampfzuführungen und/oder -Abzüge vor.
-
In
der EP-A-0 782 877 wird ein Ablenkblech im Inneren eines Tiegel-Neuverteilers
angeordnet, um das Mischen innerhalb des Flüssigkeitsbehälters zu
unterstützen,
indem die Flüssigkeit
gezwungen wird, einem Kanal im Inneren des Verteilers zu folgen.
-
Die
US-A-5 244 604 offenbart Fraktionierungsschalen mit mindestens zwei
trogförmigen
Fallrohren, die an ihrem oberen Ende offen sind und eine Bodenplatte
mit Öffnungen
dadurch haben, die gegenüber
Flüssigkeit
abdichtbar sind. Zwischen benachbarten Fallrohren erstrecken sich
Decks bzw. Böden,
die mit Dampf- Flüssigkeit
in Kontakt kommen. Zwischen dem Unterteil von jedem Fallrohr und dem
Einlass des darunter liegenden Fallrohrs der nächsten unteren Schale erstrecken
sich schräge Ablenkbleche,
so dass sich weder Flüssigkeit
noch Dampf horizontal über
die Fallrohre von benachbarten Decks bewegen kann. Die Packung erstreckt
sich über
den kontaktierenden Decks zwischen benachbarten Fallrohren.
-
Die
US-A-5 407 605 offenbart Fraktionierungsschalen, die eine flache
Bodenfläche
mit Perforationen für
den nach oben gerichteten Durchlass von Dampf umfassen und durch
Fallrohre in parallel kontaktierende Bereiche unterteilt sind. Die
Fallrohre haben Seitenwände,
von denen wenigstens die unteren Ränder gemeinsam schräg angeordnet
sind, um V-förmige
Bodenbereiche zu bilden, in denen es Perforationen gibt, um einen
nach unten gerichteten Durchlass der Flüssigkeit zu ermöglichen.
Im zentralen Bereich von jeder Seitenwand ist eine nicht perforierte
Zone vorhanden. Eine Schicht aus Packungsmaterial kann nahe an oder
benachbart zur Bodenfläche
der Schale zur Verfügung
gestellt werden, erstreckt sich aber nicht nach unten zur nächsten Schale
darunter.
-
Die
US-A-5 387 377 offenbart Schalen zur Schaumbildung und Verteilung
von Flüssigkeit
mit Fallrohr-Trögen,
die jeweils perforierte Seiten- und Bodenplatten haben und miteinander
durch perforierte Plattenteile verbunden sind, die Dampfsteiger
zur Verfügung
stellen. Die Fallrohre haben Überlauf-Staustufen
mit einer ausreichenden Höhe,
um Flüssigkeit über den
perforierten Plattenteilen aufzuhalten, so dass Dampf, der durch
diese Teile geführt wird,
eine gewünschte
Schaumhöhe über der
Schale entwickelt. Die Schalen sind in einer Kolonne vertikal im
Abstand angeordnet und tragen direkt die jeweiligen gepackten Betten,
wobei der gesamte Gasströmungspfad
in der Kolonne gefüllt
wird. Der gesamte perforierte Querschnittbereich der Schalen und
der Querschnittbereich von jeder Perforation werden so ausgewählt, dass
sie der Permeabilität
bzw. Durchlässigkeit
der gepackten Betten angepasst sind, so dass die Schalen und gepackten
Betten erheblich zum Kontakt Gas/Flüssigkeit beitragen, wobei dadurch
die Wirksamkeit des Stoffübergangs
der gepackten Kolonne erhöht
wird.
-
Die
vielleicht signifikantesten Versuche zum Kombinieren von Verteilerfunktionen
sind in der CA-A-2 173 280, US-A-5 132 055 und US-A-5 224 351 (und
ihrer Entsprechung EP-A-0 644 144) offenbart. Diese Patente offenbaren
kombinierte Verteiler, die als Flüssigkeitssammler/-verteiler,
Dampfverteiler und Halterungsstrukturen für strukturierte Packungen wirken.
Variationen nehmen die Flüssigkeit-
und Dampfeinspeisungen und -Abzüge
auf, führen
ein internes Mischen von Flüssigkeit
durch und wirken als Übergangselemente
zwischen Kolonnensektionen mit unterschiedlichen Durchmessern. Die
Basiseinheit des offenbarten kombinierten Verteilers ist ein Trogverteiler
mit Dampfsteigern, die aus umgekehrten U-förmigen Elementen gebildet sind,
die schmale Schlitze haben, die sich am schrägen Teil des Steigers befinden,
um Dampf hindurchzuführen.
Die Packung liegt auf der Oberseite des umgekehrten U-förmigen Steigers.
-
Es
gibt verschiedene Nachteile bei diesen und anderen Verteilern nach
dem Stand der Technik. Zum Beispiel verringern die Verteiler keinerlei
Konzentrationsgefälle,
die sich quer über
die Kolonne in der Dampfphase entwickelt haben können. Die Verteiler sind außerdem für ein Fehlverhalten
anfällig, das
durch grobe Fehlverteilung der Flüssigkeit in der gepackten Sektion über dem
Verteiler verursacht wird. Bei einigen der Ausführungen nehmen die Tröge die Flüssigkeit
direkt aus der Packung darüber auf.
Die Ungleichförmigkeit
im aufgenommenen Flüssigkeitsstrom
muss durch einen hydrodynamischen Widerstand der Öffnungen
im Boden der Tröge
gedämpft
werden, wobei die Dämpfung
hauptsächlich durch
das Vermindern der Anzahl und/oder des Bereichs der Öffnungen
im Boden der Tröge
durchgeführt
wird, um den Flüssigkeitspegel
in den Trögen
zu erhöhen,
so dass die Änderungen
des Flüssigkeitspegels
in den Trögen,
die durch die Ungleichförmigkeit
des Stroms verursacht wird, relativ zur Flüssigkeitssäule in den Trögen klein
ist, wobei ein erhöhter
Flüssigkeitspegel
eine zunehmende Troghöhe
erfordert, die wiederum eine zunehmende Kolonnenhöhe erfordert.
Bei sehr hohen Pegeln der Fehlverteilung von Flüssigkeit wird die zusätzliche
Kolonnenhöhe
zu groß,
die erforderlich ist, um einen Flüssigkeitspegel in den Trögen zu erreichen,
der adäquat zur
Dämpfung
der Ungleichförmigkeit
des Flusses ist.
-
Die
Ausführungen
nach dem Stand der Technik, die Ablenkbleche verwenden, wie bei
der EP-A-0 782 877, bewirken einen zusätzlichen hydrodynamischen Widerstand
auf die Flüssigkeitsmigration
in den Trögen
und wirken sich damit negativ auf die Verteilung aus, wenn in der
gepackten Sektion über
dem kombinierten Verteiler eine Fehlverteilung der Flüssigkeit
vorhanden ist.
-
Es
wird ein kombinierter Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
für gepackte
Kolonnen gewünscht,
der ein besseres Mischen von Flüssigkeit
und Dampf als Flüssigkeitsverteiler
und Dampfverteiler nach dem Stand der Technik bietet und der außerdem viele
der Schwierigkeiten und Nachteile nach dem Stand der Technik überwindet,
um bessere und vorteilhaftere Ergebnisse zur Verfügung zu
stellen.
-
Es
wird des Weiteren ein optimal kombinierter Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
gewünscht,
der sowohl Flüssigkeiten
als auch Dämpfe
bei minimalen Anforderungen an die Kolonnenhöhe und Fertigungskosten wirksam
verteilt, während
ein adäquates
Mischen der Flüssigkeiten
und Dämpfe
unterstützt
wird.
-
Es
wird des Weiteren noch ein kombinierter Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
für gepackte
Kolonnen gewünscht,
der Flüssigkeits-
und/oder Dampfzuführungen
und/oder -Abzüge
vorsieht.
-
Es
wird des Weiteren noch gewünscht,
die Konzentrationsgefälle
quer über
die Kolonne zu verringern.
-
Es
wird des Weiteren noch gewünscht,
die Wahrscheinlichkeit eines Fehlverhaltens zu senken, das durch
eine grobe Fehlverteilung von Flüssigkeit in
gepackten Kolonnen verursacht wird, indem die Auswirkungen der Fehlverteilung
der Flüssigkeit
gemildert werden.
-
Es
wird des Weiteren noch ein kombinierter Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
gewünscht,
der die Funktionen sowohl der Flüssigkeitssammlung
als auch der Vorverteilung an einer einzigen Höhe in der Kolonne ausführt und
der außerdem
Dampf verteilt und die Option für
Flüssigkeits-
und/oder Dampfzuführungen
und/oder -Abzüge
zur Verfügung
stellt.
-
Es
wird des Weiteren noch ein kombinierter Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
gewünscht,
der hohe Leistungseigenschaften für kryogene bzw. Tieftemperatur-Anwendungen wie
jene, die bei der Luftzerlegung verwendet werden, und andere Anwendungen für den Wärme- und/oder
Stoff-Übergang
zeigt.
-
Es
wird des Weiteren noch eine optimale Ausführung eines kombinierten Dampf-/Flüssigkeitsverteilers
gewünscht,
der in einer optimalen Weise arbeitet und seine Größe, sein
Gewicht und/oder seine Kosten minimiert, was ein Luftzerlegungsverfahren
zur Folge hat, das wirksamer und/oder weniger kostspielig pro Einheitsmenge
des erzeugten Produktes ist.
-
Es
wird des Weiteren noch ein wirksameres Luftzerlegungsverfahren gewünscht, das
einen kombinierten Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
verwendet, der kompakter und wirksamer ist als nach dem Stand der Technik.
-
Es
wird des Weiteren außerdem
ein Verfahren zum Zusammenbau eines kombinierten Dampf-/Flüssigkeitsverteilers
für Austauschkolonnen gewünscht, das
ein besseres Mischen von Flüssigkeit
und Dampf bietet als Flüssigkeitsverteiler
und Dampfverteiler nach dem Stand der Technik und das außerdem viele
der Schwierigkeiten und Nachteile nach dem Stand der Technik überwindet,
um bessere und vorteilhaftere Ergebnisse zur Verfügung zu
stellen.
-
Es
wird des Weiteren außerdem
ein neues wirksameres Verfahren zur Ansammlung und Verteilung einer
Flüssigkeit
und eines Dampfes in Austauschkolonnen gewünscht.
-
Die
vorliegende Erfindung ist ein kombinierter Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
("kombinierter Verteiler") zum Verteilen einer
Flüssigkeit
und eines Dampfes zu oder von einer Packung in einer Austauschkolonne
für Wärme- und/oder
Stoff-Übergangsverfahren.
Zusätzlich
zur Vorrichtung zum Verteilen der Flüssigkeit und des Dampfes weist
die Erfindung außerdem
Verfahren zum Zusammenbau der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele
des kombinierten Verteilers in einer Austauschkolonne und Verfahren zur
Ansammlung und Verteilung einer Flüssigkeit und eines Dampfes
in einer Austauschkolonne auf.
-
In
ihrer umfassendsten Ausführungsform stellt
die Erfindung eine Vorrichtung zur Verteilung einer Flüssigkeit
und eines Dampfes zu oder von einer Packung in einer Austauschkolonne
bereit mit:
einem kombinierten Dampf-/Flüssigkeitsverteiler mit:
mehreren,
quer im Abstand angeordneten Dampfsteigern, die jeweils ein oberes
Ende und einen offenen Boden gegenüber dem oberen Ende haben,
und
Flüssigkeitströgen, die
sich zwischen den jeweiligen benachbarten Dampfsteigern erstrecken
und jeweils ein offenes oberes Ende und einen Boden mit Öffnungen
für eine
Flüssigkeitsströmung dadurch
haben, wobei der Boden gegenüber
dem offenen, oberen Ende des Flüssigkeitstrogs
ist;
wobei die Steiger und Tröge durch gemeinsame, parallel
im Abstand voneinander angeordnete, aufrechte bzw. senkrechte Wände gebildet
werden, wobei sich die Böden
zwischen den Bodenenden der jeweiligen Paare von Wänden erstrecken
und sich sowohl die Dampfsteiger als auch die Flüssigkeitströge bis zu den oberen Enden
der Wände
erstrecken und die oberen Enden der Dampfsteiger durch ein Deck
bzw. einen Boden bedeckt sind, das bzw. der sich unmittelbar über und
in der Nähe
des Verteilers befindet und mehrere Öffnungen hat, die jeweils vertikal
mit dem oberen Ende jedes Dampfsteigers für den Dampfstrom daraus sowie
mehrere Öffnungen
hat, die jeweils vertikal mit dem oberen Ende jedes Flüssigkeitstrogs
für die
Flüssigkeitsströmung dorthin ausgerichtet
sind, wobei die Seiten des Decks nach oben gebogen sind, um eine
Seitenwand zu bilden, die rund um den Umfang des Verteilers verläuft.
-
Nach
einem ersten Ausführungsbeispiel weist
die Vorrichtung außerdem
wenigstens einen gekanteten bzw. schräg gelegten Ablaufkanal über und
in der Nähe
des oberen Endes des Decks auf. Der schräg gelegte Ablaufkanal ist angepasst,
um die Flüssigkeit
von einer Packung auf die Oberseite des Decks zu richten.
-
Bei
allen Ausführungsbeispielen
kann der Verteiler auf einem Tragrost befestigt sein.
-
Nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel weist
die Vorrichtung außerdem
eine Flüssigkeits-Abzugdüse auf,
die im Inneren des Verteilers angeordnet ist.
-
Nach
einem dritten Ausführungsbeispiel weist
die Vorrichtung eine Dampfabzugdüse
auf, die im Inneren des Verteilers angeordnet ist.
-
Nach
einem vierten Ausführungsbeispiel weist
die Vorrichtung eine Flüssigkeits-Zuführdüse auf,
die im Inneren des Verteilers angeordnet ist.
-
Nach
einem fünften
Ausführungsbeispiel weist
die Vorrichtung eine Dampfzuführdüse auf,
die im Inneren des Verteilers angeordnet ist.
-
Ein
sechstes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung ist ähnlich
zum fünften
Ausführungsbeispiel, weist
aber wenigstens einen Durchgang auf, der für die Übertragung einer Dampfeinspeisung
von der Dampfzuführdüse zu dem
Boden des Decks angepasst ist, wobei das Deck mindestens eine Öffnung in Verbindung
mit dem wenigstens einen Durchgang hat.
-
Ein
siebentes Ausführungsbeispiel
ist ähnlich
zum fünften
Ausführungsbeispiel,
weist aber wenigstens eine Verbindungsleitung auf, die zwischen benachbarten
Flüssigkeitströgen unter
der Dampfzuführdüse angeordnet
ist.
-
Ein
achtes Ausführungsbeispiel
ist ähnlich zum
fünften
Ausführungsbeispiel,
weist aber wenigstens ein Ablenkblech auf, das in dem Verteiler
angeordnet ist, wobei die Dampfzuführdüse abgeschrägt bzw. konisch ist.
-
Ein
neuntes Ausführungsbeispiel
weist eine Zweiphasen-Zuführdüse auf,
die im Inneren des Verteilers angeordnet ist.
-
Ein
zehntes Ausführungsbeispiel
ist mit einigen Variationen ähnlich
zum neunten Ausführungsbeispiel.
Die Zweiphasen-Zuführdüse umfasst
eine zentrale Rohrleitung und wenigstens ein vorstehendes Rohr,
das angepasst ist, um abgelassenen Dampf von der zentralen Rohrleitung
zu übertragen. Das
vorstehende Rohr hat ein Ende, das mit der zentralen Rohrleitung
in Verbindung steht, und ein anderes offenes Ende über dem
oberen Ende des Decks.
-
Ein
elftes Ausführungsbeispiel
ist ähnlich zum
zehnten Ausführungsbeispiel,
weist aber verschiedene zusätzliche
Elemente auf. Das erste zusätzliche
Element ist wenigstens ein Rohr mit einem offenen Ende in Verbindung
mit der zentralen Rohrleitung, wobei das Rohr angepasst ist, um
den abgelassenen Dampf von der zentralen Rohrleitung radial zu übertragen.
Das zweite zusätzliche
Element ist wenigstens ein vorstehendes Rohr, das angepasst ist,
um abgelassenen Dampf von dem Rohr zu übertragen, wobei das vorstehende
Rohr ein offenes Ende in Verbindung mit dem Rohr und ein anderes offenes
Ende über
dem oberen Ende des Decks hat.
-
Ein
zwölftes
Ausführungsbeispiel
weist eine Dampfabzugdüse,
die im Inneren des Verteilers angeordnet ist, und eine Flüssigkeits-Zuführdüse auf, die
im Inneren des Verteilers angeordnet ist.
-
Bei
allen Ausführungsbeispielen
kann der gesamte Oberflächenbereich
der Öffnungen
in dem Deck variieren.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Austauschkolonne zum Austauschen
von Wärme
und/oder Stoff bzw. Materie zwischen einer Flüssigkeit und einem Dampf, wobei die
Austauschkolonne wenigstens eine Vorrichtung zum Verteilen der Flüssigkeit
und des Dampfes zu oder von einer Packung gemäß der vorliegenden Erfindung
hat, wie sie in den oben erörterten
Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
-
Nach
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegung
zur Verfügung
gestellt, die das Kontaktieren von Dampf und Flüssigkeit im Gegenstrom in wenigstens
einer Destillationskolonne mit wenigstens einer Stoffübergangszone
umfasst, wobei der Kontakt Flüssigkeit/Dampf
durch wenigstens eine Packung aufgebaut wird, in der eine Flüssigkeit
und ein Dampf zu oder von der Packung durch eine Vorrichtung verteilt werden,
die eine Flüssigkeit
und einen Dampf zu oder von einer Packung verteilt, wie in den oben
erörterten
Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in denen zeigen:
-
1 eine
auseinander gezogene Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung (ohne Dampf- oder Flüssigkeitszuführungen
oder -abzügen);
-
2 eine
Seitenansicht eines kombinierten Flüssigkeits-/Dampfverteilers
(ohne Dampf- oder Flüssigkeitszuführungen
oder -abzügen)
in einer gepackten Kolonne, die eine schematische Ansicht einer
Verlängerung
aufweist, die an der Kolonnenwand befestigt ist und sie vollständig abdichtet;
-
3A eine
auseinander gezogene Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Erfindung, die gekantete bzw. schräg gelegte Ablaufkanäle aufweist
(Tragrost nicht dargestellt);
-
3B eine
Seitenansicht des in 3A veranschaulichten Ausführungsbeispiels;
-
4A eine
obere Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einem Flüssigkeits-Seitenabzug
in einer Kolonne;
-
4B eine
Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
nach 4A entlang der Linien 4B-4B in 4A;
-
4C eine
Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
nach 4A entlang der Linien 4C-4C in 4A;
-
5A eine
obere Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einem Dampfabzug in einer Kolonne;
-
5B eine
Seitenansicht entlang der Linien 5B-5B des Ausführungsbeispiels nach 5A;
-
5C eine
Seitenansicht entlang der Linien 5C-5C des Ausführungsbeispiels nach 5A;
-
6A eine
obere Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einer Flüssigkeitseinspeisung
in einer Kolonne;
-
6B eine
Seitenansicht entlang der Linien 6B-6B des Ausführungsbeispiels nach 6A;
-
6C eine
Seitenansicht entlang der Linien 6C-6C des Ausführungsbeispiels nach 6A;
-
7A eine
obere Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einer Dampfeinspeisung in einer Kolonne;
-
7B eine
Seitenansicht entlang der Linien 7B-7B des Ausführungsbeispiels nach 7A;
-
7C eine
Seitenansicht entlang der Linien 7C-7C des Ausführungsbeispiels nach 7A, wobei
Richtungspfeile enthalten sind, die die Richtungen der Ströme von Dampf,
Dampfeinspeisung und Flüssigkeit
darstellen;
-
8 eine
Perspektivansicht des Verteilerteils (d. h., Deck und Tragrost nicht
dargestellt) von einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, die die Verwendung von Verbindungsleitungen (starke
Linien), die sich zwischen Trögen
und der Ablaufrinne unter einer Dampfzuführdüse (nicht dargestellt) befinden,
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit Dampfeinspeisung veranschaulicht.
-
9A eine
obere Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,
teilweise im Schnitt, um eine schematische Darstellung einer abgeschrägten bzw.
konischen Dampfzuführdüse und ein
System von Ablenkblechen im zentralen Dampfkanal in einer Kolonne
zu zeigen;
-
9B eine
Seitenansicht entlang der Linien 9B-9B des Ausführungsbeispiels nach 9A;
-
9C eine
Seitenansicht entlang der Linien 9C-9C des Ausführungsbeispiels nach 9A, wobei
Richtungspfeile enthalten sind, die die Richtungen der Ströme von Dampf,
Dampfeinspeisung und Flüssigkeit
darstellen;
-
10A eine obere Draufsicht, teilweise im Schnitt,
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einer Zweiphasen-Einspeisung (maßvolle Dampftraktion)
in einer Kolonne;
-
10B eine Seitenansicht entlang der Linien 10B-10B
des Ausführungsbeispiels
nach 10A;
-
10C eine Seitenansicht entlang der Linien 10C-10C
des Ausführungsbeispiels
nach 10A;
-
11A eine obere Draufsicht, teilweise im Schnitt,
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einer Zweiphasen-Einspeisung (erhebliche Dampftraktion)
in einer Kolonne;
-
11B eine Seitenansicht entlang der Linien 11B-11B
des Ausführungsbeispiels
nach 11A;
-
11C eine Seitenansicht entlang der Linien 11C-11C
des Ausführungsbeispiels
nach 11A;
-
12A eine obere Draufsicht, teilweise im Schnitt,
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einer Flüssigkeits-Einspeisung
und einem Dampfabzug in einer Kolonne;
-
12B eine Seitenansicht entlang der Linien 12B-12B
des Ausführungsbeispiels
nach 12A;
-
12C eine Seitenansicht entlang der Linien 12C-12C
des Ausführungsbeispiels
nach 12A.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt einen kombinierten Dampf-/Flüssigkeitsverteiler
("kombinierter Verteiler") 20 zur
Verfügung,
der sich über
oder unter einer gepackten Sektion in einer Austauschkolonne ("Kolonne") befindet. Die folgenden
Ausführungsbeispiele
und Varianten werden unten beschrieben: 1) kombinierter Verteiler
ohne Dampf- oder Flüssigkeitszuführungen
oder -abzügen,
2) kombinierter Verteiler mit Flüssigkeits-
oder Dampfabzug, 3) kombinierter Verteiler mit Flüssigkeits-
oder Dampfzuführung,
4) kombinierter Verteiler mit Zweiphasen-Zuführung,
5) kombinierter Verteiler mit Mehrfach-Zuführungen und/oder -Abzügen und
6) kombinierter Verteiler mit herkömmlichen Zuführungen
und/oder Abzügen.
-
Kombinierter
Verteiler ohne Dampf- oder Flüssigkeitszuführungen
oder -abzügen
-
Der
kombinierte Verteiler 20 gemäß 1 weist
einen Verteiler 22, ein perforiertes Deck 24 und ein
Tragrost 26 auf. Der Verteiler 22 weist Flüssigkeitströge 28 auf,
die mit einer Umfangs-Ablaufrinne 30 und einem oder mehreren
Kanälen 32 verbunden sind,
die senkrecht zur Richtung der Flüssigkeitströge verlaufen. Der Verteiler
hat eine Wand 62 und wird auf einem Tragrost 26 getragen.
Die Flüssigkeitströge haben
einen Boden (nicht dargestellt) mit Löchern oder Öffnungen, durch die Flüssigkeit
zur Packung darunter (nicht dargestellt) fließt. Zwischen jedem Flüssigkeitstrog
befinden sich Dampfsteiger 36, durch die der aufsteigende
Dampf geführt
wird. Die Flüssigkeitströge können hier
einfach als Tröge
und die Dampfsteiger einfach als Steiger bezeichnet werden.
-
Die
Steiger 36 und die Tröge 28 teilen
sich gemeinsam im Allgemeinen parallel voneinander beabstandete
aufrechte bzw. senkrechte Wände.
Der Boden von jedem Trog ist eine im Allgemeinen plane bzw. ebene
Oberfläche,
die durch Schweißen
oder andere Mittel an den aufrechten Wänden befestigt wird, um einen ö-förmigen Trog
mit einem offenen Ende gegenüber
dem Boden zu bilden. Alternativ können die aufrechten Wände und
der Boden aus einem Stück
gebildet sein. Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jeder Steiger
ein offenes oberes Ende und einen offenen Boden gegenüber dem
offenen oberen Ende.
-
Ein
perforiertes Deck 24 ("Deck") befindet sich am
oberen Ende der Steiger 36 und der Tröge 28, so dass das
Deck eine Dichtung entlang den oberen Rändern der Tröge bildet.
Die Seiten des perforierten Decks sind nach oben gebogen, um eine
Seitenwand 38 zu bilden, die rund um den Umfang des Verteilers 22 verläuft. Es
gibt zwei Gruppen von Perforationen oder Öffnungen, z. B. Löcher im
perforierten Deck: 1) Perforationen 40, die sich über den
Steigern 36 befinden, um Dampf dadurch nach oben zu führen, und
2) Perforationen 42, die sich über den Trögen 28 befinden, um
die Flüssigkeit
dadurch nach unten zu führen.
Die Perforationen 40 für
den Dampf fügen
einen Druckabfall hinzu, der ausreicht; um beliebige radiale Druck-/Geschwindigkeitsgefälle erheblich
zu verringern, die in der Austauschkolonne (nicht dargestellt) existieren
können.
Die Perforationen 42 für
die Flüssigkeit
schränken
die Flüssigkeitsströmung durch
die Tröge 28 ein,
so dass eine kleine Flüssigkeitssäule auf
dem perforierten Deck 24 erhalten bleibt, die dem Druckabfall
hinzugefügt
wird, der dem nach oben strömenden
Dampf auferlegt wird, und die ein besseres Mischen in der Flüssigkeit und
einen Kontakt zwischen den zwei Phasen gewährleistet. Die Perforationen 42 für die Flüssigkeit können außerdem als
ein Filter für
jegliche Restpartikel wirken, die ansonsten die Löcher im
Boden (nicht dargestellt) von jedem Trog 28 blockieren
können.
Die Perforationen 40, 42 können eine beliebige Form von
Löchern
oder Öffnungen
wie Schlitze, Durchlochungen oder speziell geformte Öffnungen annehmen.
-
Die
Tröge 28 werden
als die hauptsächliche Anordnung
zur Flüssigkeitsverteilung
verwendet, während
die Perforationen 40 im Deck 24 die hauptsächliche
Anordnung zur Dampfverteilung sind. Das perforierte Deck 24 wirkt
auch als Flüssigkeitssammler,
da es die Flüssigkeit
auffängt,
die von der gepackten Sektion darüber (nicht dargestellt) nach
unten tropft. Die Umfangs-Seitenwand 38 am Deck 24 kann
an die Kolonne (nicht dargestellt) geschweißt werden, um Flüssigkeit
aufzufangen, die an der Kolonnenwand (nicht dargestellt) fließt, und
kann als Barriere für
die Dampfströmung
um den Verteiler 22 herum wirken. Alternativ und vorzugsweise
steht gemäß 2 eine
Verlängerung 44,
die an der Kolonnenwand 46 angebracht ist und sie vollständig abdichtet,
auf das obere Ende des perforierten Decks 24 vor, so dass
sich der Flüssigkeitspegel
auf dem perforierten Deck während
des Betriebs über
dem Boden der Verlängerung
befindet. Die Verlängerung bildet
einen engen Kontakt mit dem Deck, um eine wirksame Dichtung gegen
die Umgehung des Dampfes um die Außenseite des kombinierten Verteilers 20 zu
erzeugen.
-
Der
kombinierte Verteiler 20 wirkt außerdem als ein Mischer der
einzelnen Fluid-Phasen,
die ansonsten die Querschnitts-Konzentrationsgefälle verringern. Bei Betrieb
wird der Dampf, der von der Packung 48 unter dem kombinierten
Verteiler gemäß 2 nach
oben steigt, durch die Steiger 36 und die Perforationen
im Deck 24 geführt
und wird durch die Flüssigkeit,
die sich auf der oberen Seite des Decks von der Packung 48' auf dem Packungs-Tragrost 50 über dem
kombinierten Verteiler angesammelt hat, aufgesprudelt. Ein Zweiphasen-Schaum 52 auf
dem perforierten Deck ergibt sich aus der Strömung in Gegenstrom der zwei
Fluide (d. h. dem Dampf und der Flüssigkeit), ähnlich zu dem auf einer herkömmlichen Destillationsschale,
so dass eine gewisse Destillation auf dem perforierten Deck ausgeführt wird.
Das starke physikalische Mischen jeder einzelnen Phase im Schaum
trägt zur
Verringerung der Konzentrationsgefälle in beiden Phasen (d. h.
der Dampfphase und der Flüssigkeitsphase)
bei.
-
Um
das Mischen der flüssigen
Phase weiter zu verbessern, kann das perforierte Deck 24 mit
gekanteten bzw. schräg
gestellten Ablaufkanälen 54 gemäß 3A und 3B ausgestattet
sein. Die Ablaufkanäle,
die am Deck durch Halterungen 58 angebracht sein können, werden über den
Perforationen 42 angeordnet, die Flüssigkeit in die Tröge 28 einspeisen.
Die schräg
gestellten Ablaufkanäle
sammeln die Flüssigkeit,
die von einem Bereich unter einer gepackten Sektion (nicht dargestellt)
herunter tropft, und richten die Flüssigkeit auf das perforierte Deck 24 in
einem anderen Bereich der Kolonne (nicht dargestellt). Durch Bewegen
der Flüssigkeit
von unterschiedlichen Teilen der Kolonne über dem perforierten Deck wird
ein Mischen der Flüssigkeit
quer über
die Kolonne einfacher auf dem perforierten Deck erreicht. Die Ablaufkanäle werden
in einer derartigen Weise angeordnet, die die Dampfströmung nach
oben oder den Schaum, der auf dem perforierten Deck erzeugt wird,
nicht beeinflusst.
-
Kombinierter Verteiler
mit Dampf- und Flüssigkeitsabzug
-
Seitenentnahmen
bzw. -abzüge
können
in das Innere des kombinierten Verteilers 20 eingeführt werden,
indem die Wand einer Kolonne mit einer Abzugdüse an der gleichen Höhe in der
Kolonne wie der kombinierte Verteiler durchdrungen wird, so dass
die Abzugdüse
auch die Wand des Verteilers durchdringt. Die Abzugdüse kann
vollständig
unter dem perforierten Deck 24 und über dem Boden der Flüssigkeit
enthaltenden Tröge 28 angeordnet
sein. Durch Anordnen der Abzugdüse
an der gleichen Höhe
wie der Verteiler 22 wird die Kolonnenhöhe minimiert. Die Merkmale
der Basisausführung
des kombinierten Verteilers ohne Einspeisungen und Abzüge bleiben
erhalten, z. B. die Flüssigkeitströge 28,
das perforierte Deck 24 und der Tragrost 26. Außerdem bleibt
die Möglichkeit
der Verwendung von schräg
gelegten Ablaufkanälen 54 erhalten,
um das Mischen der Flüssigkeit
zu verbessern.
-
Ein
Beispiel eines kombinierten Verteilers 20 mit einem Flüssigkeits-Abzug
wird in 4A, 4B und 4C gezeigt.
Die Flüssigkeits-Abzugdüse 60 dringt
durch die Kolonnenwand 46 und die Verteilerwand 62 und
belegt einen der Kanäle
des Verteilers 22, von dem die Flüssigkeit enthaltenden Tröge 28 senkrecht
vorstehen. Die Düse
kann ein beliebiger herkömmlicher
Typ einer Flüssigkeits-Abzugdüse sein,
die eine nach oben gewandte, ausgeschnittene Halbrohr-Düse gemäß 4 aufweist. Der kombinierte Verteiler
bei diesem Ausführungsbeispiel
ist mit dem identisch, der oben für jedes Ausführungsbeispiel
ohne Einspeisungen und Abzüge
beschrieben wurde, abgesehen vom Vorhandensein der Durchdringung
der Wand und der Düse.
-
Ein
Beispiel des kombinierten Verteilers 20 mit Dampfabzug
wird in 5A, 5B und 5C gezeigt.
Die Dampfabzugdüse 64 dringt
durch die Kolonnenwand 46 und die Verteilerwand 62 und
belegt einen der Kanäle
des Verteilers 22, von dem die Flüssigkeit enthaltenden Tröge 28 senkrecht
vorstehen. Der Kanal wird in der Nähe der Mitte der Kolonne durch
eine Wand unterbrochen, durch die die Dampfabzugdüse geführt wird.
Der zentrale Bereich wird nur durch die Dampfabzugdüse belegt
und ist gegenüber
den Flüssigkeit
enthaltenden Kanälen und
Trögen
an allen Seiten abgedichtet. Dampf wird nur im zentralen Bereich
entnommen, wobei die Dampfabzugdüse
in der Flüssigkeit
im Kanal und in der Ablaufrinne an allen anderen Punkten eingetaucht
ist. Das perforierte Deck 24 befindet sich über der
Dampfabzugdüse
an allen Punkten längs
der Länge
der Dampfabzugdüse,
wobei die Perforationen 40, damit der Dampf nach oben hindurchgeführt werden
kann, im "trockenen" Bereich 66 direkt über dem
Dampf-Ableitungsbereich
der Dampfabzugdüse 64 nicht
vorhanden sind. Dies geschieht, um zu verhindern, dass Flüssigkeit
durch jene Perforationen vergossen werden kann, die auf Grund eines
Schatteneffektes, der durch die Dampfabzugdüse erzeugt wird, mangelhaft
können.
Die Dampfabzugdüse
kann ein beliebiger herkömmlicher
Typ einer Dampfabzugdüse
sein, die die nach oben gewandte, ausgeschnittene Halbrohr-Düse gemäß 5A, 5B und 5C aufweist.
-
Kombinierter
Verteiler mit Dampf- oder Flüssigkeitseinspeisung
-
Wie
bei kombinierten Verteilern, die einen Flüssigkeits- oder. Dampfabzug
enthalten, wird die Konfiguration des kombinierten Verteilers 20 mit Flüssigkeits-
oder Dampfeinspeisung, der den geringsten Anteil der Kolonnenhöhe einnimmt,
gebildet, indem die Zuführdüse die Wand
der Kolonne an der gleichen Höhe
in der Kolonne durchdringt wie der kombinierte Verteiler.
-
In 6A, 6B und 6C wird
ein Beispiel des kombinierten Verteilers 20 mit einer Flüssigkeitseinspeisung
bzw. -zuführung
gezeigt. Die Flüssigkeits-Zuführdüse 68 dringt
durch die Seite der Kolonne und des Verteilers 22 und belegt
einen der Kanäle
im Verteiler, von dem die Flüssigkeit
enthaltenden Tröge 28 senkrecht
vorstehen. Die Düse
kann eine beliebige herkömmliche
Art von Flüssigkeits-Zuführdüse sein.
Alternativ und vorzugsweise kann die Düse eine zentrale Rohrleitung 70 umfassen,
von der Rohre 72 gemäß 6A senkrecht
nach außen
vorstehen. Die zentrale Rohrleitung liegt in einem Flüssigkeit
enthaltenden Kanal im kombinierten Verteiler, während jedes der vorstehenden
Rohre in einem Flüssigkeit
enthaltenden Trog 28 liegt. Die Rohre und die zentrale
Rohrleitung sind in einer horizontalen Ebene perforiert, so dass
die Flüssigkeit,
die in den kombinierten Verteiler von der Flüssigkeits-Zuführdüse eingeführt wird,
auf die Wände
des Flüssigkeit
enthaltenden Kanals und der Tröge
gerichtet wird. Der kombinierte Verteiler ist zu dem, der oben für das Ausführungsbeispiel
ohne Abzüge
oder Einspeisungen beschrieben wurde, identisch, abgesehen vom Vorhandensein
der Durchdringung der Wand und der Flüssigkeits-Zuführdüse.
-
Ein
Beispiel des kombinierten Verteilers 20 mit einer Dampfzuführung wird
in 7A, 7B und 7C gezeigt.
Die Dampfzuführdüse 74 durchdringt
die Seite der Kolonne und des Verteilers 22, wobei ein
perforiertes Deck 24 die Dampfzuführdüse, die Dampfsteiger 36 und
die Flüssigkeitströge 28 bedeckt.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen kombinierten Verteilern mit
Dampfabzug, Flüssigkeitsabzug
und Flüssigkeitseinspeisung
belegt die Dampfzuführdüse 74 keinen
Flüssigkeit
enthaltenden Trog oder Kanal. Stattdessen wird ein separates Netzwerk
aus Einspeise-Dampfdurchgängen
im Verteiler 22 zur Verfügung gestellt, um den Einspeisedampf über dem
Querschnitt der Kolonne aufzunehmen und zu verteilen. Das Netzwerk
der Einspeise-Dampfdurchgänge
wird aus einem zentralen Dampfkanal 80 und einer Reihe
von kleineren Durchgängen 78 gebildet,
die senkrecht von dem zentralen Dampfkanal vorstehen. Die Zuführdüse liegt
in dem zentralen Dampfkanal. Es tritt weder Flüssigkeit in den zentralen Dampfkanal,
noch Dampf von der gepackten Sektion unter dem zentralen Dampfkanal ein,
der längs
der Unterseite des Verteilers gegenüber der Dampfströmung abgedichtet
ist, so dass der einzige Dampf, der in den zentralen Dampfkanal
eintritt, von der Dampfzuführdüse kommt.
Der zentrale Dampfkanal und die vorstehenden Durchgänge liegen
in der Nähe
der Flüssigkeit
enthaltenden Tröge 28 und
der Dampfsteiger 36. Perforationen 84 im Deck 24 ermöglichen
es, dass der Einspeisedampf aus dem Netzwerk von Durchgängen heraus
geführt wird,
wobei es zusätzliche
Perforationen 40, 42 ermöglichen, dass der Dampf, der
von den Dampfsteigern 36 aufsteigt, durch das Deck geführt wird
und die absinkende Flüssigkeit
durch das Deck in die Flüssigkeit
enthaltenden Tröge 28 geführt wird.
Die enge Nähe
der Perforationen 84 für
den Einspeisedampf und der Perforationen 40 für den Dampf,
der durch die Steiger aufsteigt, macht es möglich, dass die zwei Dampfströme über dem
perforierten Deck 24 innig gemischt werden.
-
Wie
oben beschrieben und in 7A, 7B und 7C gezeigt
wird, sind die Flüssigkeitspfade
in den Flüssigkeitströgen 28 im
kombinierten Verteiler 20 mit der Dampfzuführung durch
den zentralen Dampfkanal 80 unterbrochen. Die Flüssigkeitspfade
sind in der Mitte der Kolonne und in der Ablaufrinne unterbrochen.
Infolgedessen sind die Gleichförmigkeit
des Flüssigkeitspegels
im Verteiler 20 und der Anteil des Kolonnebereiches, der
direkt durch die Flüssigkeit
berieselt wird, beeinträchtigt. Um
eine gleichförmigere
Flüssigkeitsverteilung
in der Packung unter einem kombinierten Verteiler 20 mit Dampfzuführung zu
erreichen, können
gemäß 8 kurze
Verbindungsleitungen 86 im zentralen Dampfkanal 80 zwischen
den Flüssigkeit
enthaltenden Trögen 28 verwendet
werden. Die Verbindungsleitungen liegen auf dem Boden des Verteilers
unter der Dampfzuführdüse 74,
dessen Austrittspunkt 102 in 8 gezeigt
wird (wo für
Zwecke der Veranschaulichung Dampfsteiger 36 mit perforierten
Platten 56 gezeigt werden). Die Verbindungsleitungen können an
deren Unterseiten perforiert sein, um die Packung darunter zu berieseln.
-
Die
Dampfzuführdüse kann
eine beliebige herkömmliche
Dampfzuführdüse sein,
die ein perforiertes Rohr oder ein abgeschrägtes Rohr aufweist, oder kann
ein Typ von Dampfzuführdüse gemäß 7A, 7B und 7C sein,
die vorstehende Rohre enthält,
die in den Einspeise-Dampfdurchgängen
liegen. Die Dampfzuführdüse kann
in der Ablaufrinnensektion des kombinierten Verteilers 20 abgeschrägt bzw.
konisch sein, so dass der zentrale Dampfkanal 80 als Zuführdüse wirkt.
Ablenkbleche und andere Strömungs-Verteilungsvorrichtungen können in
diesem Fall im zentralen Dampfkanal angeordnet werden, um den Einspeisedampf
gleichförmig
zu den Einspeise-Dampfdurchgängen 78 zu
verteilen, die senkrecht vom zentralen Dampfkanal vorstehen. Eine
schematische Darstellung eines kombinierten Verteilers 20 mit
einer abgeschrägten
bzw. konischen Dampfzuführdüse 88 und
einem System von Dampfzuführ-Ablenkblechen 90 im
zentralen Dampfkanal 80 wird in 9A, 9B und 9C gezeigt.
-
Wie
oben beschrieben ist, enthält
ein Beispiel eines kombinierten Verteilers 20 mit Dampfeinspeisung
Bereiche zur Flüssigkeitsberieselung
(die Flüssigkeitströge 28),
Bereiche zum Aufsteigen des Dampfes von der Packung darunter (Dampfsteiger 36)
und Bereiche, um den Einspeisedampf zu verteilen (Dampfdurchgänge 78).
Eine Alternative zum Aufteilen des Verteilers in drei Arten von
Bereichen ist es, den Verteiler in nur zwei Bereiche aufzuteilen, einen
für Flüssigkeit
und einen für
Dampf. Um dies auszuführen,
könnte
die Dampfzuführdüse mit vorstehenden
Rohren, wie oben beschrieben und in 7A, 7B und 7C gezeigt
wird, statt vorstehender Rohre, die in einem separaten Satz von Durchgängen liegen,
vorstehende Rohre haben, die in die Enden der Dampfsteiger eindringen,
wo sie den zentralen Kanal schneiden. Die vorstehenden Rohre könnten sich
in einem gewissen Abstand in den Steigerbereich erstrecken, wobei
die vorstehenden Rohre alternativ nicht vorhanden sein könnten und
es nur ein Loch in den Enden der Steiger in der Nähe des zentralen
Kanals möglich
machen würde,
dass der Einspeisedampf in die Dampfsteiger gelangt. Bei jeder Konfiguration
werden der Einspeisedampf und der Dampf, der von der Packung darunter
aufsteigt, in einem gewissen Ausmaß in den gleichen Dampfsteigern 36 gemischt,
bevor sie durch das perforierte Deck 24 gelangen. Die Notwendigkeit
für separate Durchgänge für Einspeisedampf
würde bei
diesem Ausführungsbeispiel
beseitigt sein.
-
Kombinierter
Verteiler mit Zweiphasen-Einspeisung
-
Um
Zweiphasen-Einspeisungen (Flüssigkeit und
Dampf) zu behandeln, wird eine Variation des kombinierten Verteilers 20 mit
Flüssigkeitszuführung vorgeschlagen.
Das Prinzip zum Anordnen der Düse zwischen
dem oberen Ende und dem Boden des kombinierten Verteilers bleibt
erhalten.
-
Ein
Beispiel des kombinierten Verteilers 20 mit einer Zweiphasen-Einspeisung
wird in 10A, 10B und 10C gezeigt. Die Zweiphasen-Zuführdüse 92 dringt
durch die Seite der Kolonne und des Verteilers 22 und belegt
die Flüssigkeit
enthaltenden Kanäle
und Tröge
im Verteiler. Die Zweiphasen-Zuführdüse besteht
aus einer zentralen Rohrleitung 94, die den Flüssigkeit
enthaltenden Kanal einnimmt. Die Rohre 96 stehen gemäß 10A vorzugsweise von der zentralen Rohrleitung
senkrecht nach außen
vor. Jedes der vorstehenden Rohre liegt in einem Flüssigkeit
enthaltenden Trog 28. Die Zweiphasen-Zuführdüse sollte
so dimensioniert sein, dass eine geschichtete Zweiphasen-Strömung oder eine
geschichtete und gewellte Zweiphasen-Strömung in der zentralen Rohrleitung
entwickelt wird. Die geschichtete Zweiphasen-Strömung tritt auf, wenn die Flüssigkeit
den unteren Teil eines horizontalen Rohrs und der Dampf den oberen
Teil einnimmt. Die geschichtete und gewellte Zweiphasen-Strömung ist ähnlich,
außer
dass wandernde Wellen an der Oberseite der Flüssigkeit gebildet werden, wenn sie
sich mit dem Dampf durch das Rohr oder die Düse bewegt. Die Rohre zweigen
von der zentralen Rohrleitung unter dem Flüssigkeitspegel ab, so dass nur
Flüssigkeit
in die Tröge
befördert
wird.
-
Der
Dampf, der sich von der Flüssigkeit
in der zentralen Rohrleitung 94 der Zweiphasen-Zuführdüse 92 löst, wird
aus der Zweiphasen-Zuführdüse durch
vertikal vorstehende Röhren 98 oder
Rohre abgelassen, die längs
der Länge
der oberen Seite der zentralen Rohrleitung angeordnet sind. Die
Rohre durchdringen das perforierte Deck 24 und enden in einem
Abstand über
der erwarteten Schaumhöhe
auf dem Deck. Die Röhren
können
in einer 180°-Biegung oder
mit einem Deckel irgendeiner Art über dem perforierten Deck enden,
um die Möglichkeit
zu verringern, dass Flüssigkeit
von oben in die Zweiphasen-Zuführdüse zurückfließen wird.
Für Zweiphasen-Zuführungen
mit relativ geringem Dampfgehalt müssen diese Röhren nur
längs der
zentralen Rohrleitung angeordnet sein.
-
Alternativ
wird für
Zweiphasen-Einspeisungen mit einem erheblichen Dampfgehalt oder
für einen
Dampf, der eine erheblich andere Zusammensetzung als die vorherrschende
Dampfströmung
in der Kolonne am Zuführungspunkt
hat, ein zweiter Satz aus Rohren 100 verwendet, die von
der zentralen Rohrleitung 94 senkrecht vorstehen, um gemäß 11A, 11B und 11C Dampf zu befördern. Jedes der Dampf enthaltenden,
vorstehenden Rohre 100 befindet sich in den Flüssigkeit
enthaltenden Trögen 28 und
ist mit einer Reihe von vertikal vorstehenden Rohren 98 ausgestattet,
die das perforierte Deck 24 durchdringen und den Einspeisedampf aus
dem kombinierten Verteiler 20 heraus befördern. Durch
das Hinzufügen
von Röhren
zu einem Satz von senkrecht vorstehenden Rohren, die speziell für die Dampfströmung vorgesehen
sind, kann der kombinierte Verteiler die erhöhte Dampf-Einspeiseströmung behandeln und die Dampfeinspeisung
mit dem vorherrschenden, nach oben strömenden Dampf in der Kolonne
vollständiger
mischen.
-
Kombinierter Verteiler
mit Mehrfach-Einspeisungen und/oder -Abzügen
-
Zwischen
einigen gepackten Sektionen ist eine gleichzeitige Einführung und/oder
Entnahme einer Vielfalt von Dampf- und/oder Flüssigkeitsströmen erforderlich.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die erforderliche Kolonnenhöhe zwischen gepackten Sektionen
relativ zu herkömmlichen
Ausführungen
verringert werden, indem Mehrfach-Einspeisungen und/oder -Abzüge im Inneren
des kombinierten Verteilers angeordnet werden. Das grundlegende Trogmuster
der kombinierten Verteiler mit Mehrfach-Einspeisungen und/oder -Abzügen kann
sich von denen der kombinierten Verteiler mit einzelnen Einspeisungen
oder Abzügen
unterscheiden, um eine akzeptable Qualität der Verteilung und des Mischens
zu erreichen.
-
Es
sind viele Beispiele von kombinierten Verteilern mit Mehrfach-Einspeisungen
und/oder -Abzügen
vorstellbar. Ein Beispiel, das eines kombinierten Verteilers 20 mit
einer Flüssigkeitseinspeisung
und einem Dampfabzug wird in 12A, 12B und 12C gezeigt.
Hier wurde die grundlegende Troganordnung geändert, um besser zwei rechtwinklige, Flüssigkeit
enthaltenden Kanäle
als einen oder mehrere parallele, Flüssigkeit enthaltende Kanäle zu enthalten.
Der Hauptkanal nimmt die Flüssigkeits-Zuführdüse 68 in
einer Weise auf, die ähnlich
zu der ist, die für
den oben beschriebenen kombinierten Verteiler mit Flüssigkeits-Zuführung verwendet
wird. Der Kanal senkrecht zum Hauptkanal nimmt die Dampfabzugdüsen 64 auf.
Zwei Dampfabzugdüsen
werden verwendet, um Dampf von zwei Bereichen in der Nähe der Mitte
der Kolonne angrenzend zu und an jeder Seite des Hauptkanals, der
die Flüssigkeits-Zuführdüse aufnimmt,
zu sammeln. Die Dampfabzugdüsen
dringen durch die Wände
der Kolonne und des kombinierten Verteilers und gelangen in das
Innere des Verteilers 22 in den Begrenzungen eines Flüssigkeit
enthaltenden Kanals. Der Kanal wird in der Nähe der Mitte der Kolonne durch
Wände unterbrochen, durch
die jede Düse
geführt
wird. Die Wände
teilen einen Bereich ab, der nur von der Dampfabzugdüse eingenommen
wird und der gegenüber
den Flüssigkeit
enthaltenden Kanälen
und Trögen
an allen Seiten ähnlich
dem Ausführungsbeispiel,
das oben für eine
einzelne Dampfabzugdüse
beschrieben wurde, abgedichtet ist. Dampf wird nur in den unterteilten Bereichen
entnommen, wobei die Abzugdüsen
in der Flüssigkeit
im Kanal und in der Ablaufrinne an allen anderen Punkten eingetaucht
sind.
-
Wie
in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
befindet sich ein perforiertes Deck 24 auf dem oberen Ende
des kombinierten Verteilers 20 mit Mehrfach-Einspeisungen und/oder
-Abzügen. Außerdem bleibt
die Möglichkeit
der Nutzung von schräg
gelegten Ablaufkanälen 54 erhalten,
um das Mischen der Flüssigkeit
zu verbessern.
-
Kombinierter Verteiler
mit herkömmlichen
Einspeisungen und/oder Abzügen
-
Das
Konzept des kombinierten Verteilers kann in Verbindung mit herkömmlichen
Zuführ-
oder Abzugdüsen
verwendet werden, die sich über
oder unter dem Verteiler befinden. Das ganz allgemeine Ausführungsbeispiel
weist einen kombinierten Verteiler 20 mit Mehrfach-Einspeisungen
und -Abzügen auf,
die sich über,
in oder unter dem Körper
des Verteilers befinden. Das perforierte Deck kann bis zu einem
Punkt bis zu und einschließlich
100% offenem Bereich perforiert sein. Das Extrem ist eine Situation ohne
ein perforiertes Deck. Ein derartiger Verteiler kann nützlich sein,
wenn entweder Dampf- oder Flüssigkeitsverteilung
als nicht wichtig angesehen wird, oder wenn es eine gepackte Sektion
entweder über oder
unter dem Verteiler nicht gibt. Derartiges ist am oberen Ende und
dem Boden einer Kolonne in den jeweiligen Fällen der Fall, wenn der Verteiler
nur als ein Flüssigkeitsverteiler
und nur als ein Dampfverteiler wirkt. Die Anwendung von durchdringenden
Zuführdüsen, wie
sie oben beschrieben sind, ist bei der Verringerung der Gesamt-Kolonnenhöhe in diesen Fällen nützlich.
-
Wie
oben erörtert
ist, weist der Stand der Technik mehrere Patente (CA-A-2 173 280,
US-A-5 132 055 und US-A-5 224 351 und EP-A-0 644 144) auf, die Versuche
zum Kombinieren von Flüssigkeits- und
Dampfverteilern offenbaren, so dass die Kolonnenhöhe minimiert
ist, während
gleichzeitig das Mischen von Flüssigkeit
unterstützt
wird (die aber keine speziellen Maßnahmen zum Mischen von Dampf
vorsehen). Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand
der Technik in unterschiedlichen Weisen.
-
Zunächst nutzt
die vorliegende Erfindung ein perforiertes Deck 24, um
die Flüssigkeits-
und Dampfphasen in engen Kontakt zu bringen. Dieser Kontakt hat
zwei Vorteile, die nach dem Stand der Technik nicht erreicht werden
können:
(1) das Sprudeln des Dampfes durch die Flüssigkeit mischt beide Phasen
stark, wobei jegliche Konzentrationsgefälle, die sich quer über die
Kolonne in jeder Phase entwickelt haben können, verringert werden, und
(2) wirkt die Destillation, die auf dem perforierten Deck fortgeführt wird,
als zusätzlicher
Mechanismus, um die Konzentrationsgefälle quer über die Kolonne zu verringern.
-
Das
perforierte Deck 24 hat gegenüber dem Stand der Technik einen
weiteren Vorteil dahingehend, dass der kombinierte Verteiler 20 weniger
anfällig
für ein Fehlverhalten
ist, das durch eine grobe Fehlverteilung der Flüssigkeit in der gepackten Sektion
darüber
verursacht wird. Bei den Ausführungen nach
dem Stand der Technik nehmen die Tröge die Flüssigkeit direkt von der Packung
darüber
auf. Jede Ungleichförmigkeit
im aufgenommenen Flüssigkeitsstrom
muss durch einen hydrodynamischen Widerstand der Öffnungen
im Boden der Tröge
gedämpft werden,
wobei das Dämpfen
hauptsächlich
durchgeführt
wird, indem die Anzahl und/oder der Bereich der Öffnungen im Boden der Tröge vermindert
wird, um den Flüssigkeitspegel
in den Trögen
zu erhöhen,
so dass die Änderungen
des Flüssigkeitspegels
in den Trögen,
die durch die Ungleichförmigkeit
verursacht werden, relativ zur gesamten Flüssigkeitssäule in den Trögen gering
sind. Ein erhöhter
Flüssigkeitspegel
erfordert eine erhöhte
Troghöhe,
die wiederum eine erhöhte
Kolonnenhöhe
erfordert. Bei sehr hohen Pegeln der Fehlverteilung von Flüssigkeit
wird die zusätzliche
Kolonnenhöhe übermäßig, die
erforderlich ist, um einen Flüssigkeitspegel
in den Trögen
zu erreichen, der adäquat
zur Dämpfung
der Ungleichförmigkeit
des Flusses ist. Im Gegensatz dazu erhebt das perforierte Deck 24 der
vorliegenden Erfindung einen zusätzlichen
hydrodynamischen Widerstand, der der Flüssigkeit eine genügende Verweildauer
auf dem Deck ermöglicht,
um die Gefälle
des Flüssigkeitsstroms
durch die Migration und das Mischen quer durch die Kolonne zu mildern.
Migration und Mischen auf dem Deck ist wirksamer als Migration und Mischen
in einem Trogverteiler, da die Migration auf dem Deck in einer beliebigen
Richtung der Ebene des Decks stattfindet, während die Migration im Trogverteiler
hauptsächlich
eindimensional ist. Damit wird die Fehlverteilung der Flüssigkeit
quer über
die Kolonne dazu neigen, geringer zu werden, bevor die Flüssigkeit
in die Tröge
der vorliegenden Erfindung eintritt. Infolgedessen sind in den Trögen niedrigere Flüssigkeitspegel
erforderlich, um eine gleichförmigen
Darstellung der Flüssigkeit
unter dem kombinierten Verteiler zu erreichen, wobei die Höhe der Tröge dementsprechend
verringert werden kann.
-
Wie
oben erörtert
ist, wirkt die vorliegende Erfindung, um die Auswirkungen der Fehlverteilung von
Flüssigkeit
mittels des perforierten Decks 24 zu mildern. In diesem
Zusammenhang wirkt das perforierte Deck als ein Vorverteiler, wobei
der Trog-Verteiler 22 darunter als der Hauptverteiler wirkt.
In der oben erörterten
Druckschrift US-A-5 240 652 wurde ein Zwischentrog als ein Vorverteiler
verwendet, wie oben erörtert
ist. Die vorliegende Erfindung hat gegenüber jener Ausführung einen
Vorteil dahingehend, dass die vorliegende Erfindung sowohl die Funktionen
der Flüssigkeitssammlung
als auch der Vorverteilung an einer einzigen Höhe in der Kolonne durchführt, wogegen
diese Funktionen in der Druckschrift US-A-5 240 652 an zwei Höhen durchgeführt wurde.
Die vorliegende Erfindung verteilt außerdem Dampf und trifft Maßnahmen
für Flüssigkeit- und/oder
Dampfzuführungen
und/oder -Abzüge,
was die Druckschrift US-A-5 240 652 nicht macht.
-
Die
vorgeschlagene Verwendung von schräg gelegten Ablaufkanälen 54 als
eine zusätzliche
Anordnung zum Mischen von Flüssigkeit
hat einen Vorteil gegenüber
den nach dem Stand der Technik zitierten internen Ablenkblechen.
Interne Ablenkbleche erheben einen zusätzlichen hydrodynamischen Widerstand
zur Flüssigkeitsmigration
in den Trögen
und wirken sich daher negativ auf die Verteilung aus, wenn die Fehlverteilung
der Flüssigkeit
in der gepackten Sektion über
dem kombinierten Verteiler vorhanden ist. Im Gegensatz dazu befinden
sich die schräg
gelegten Ablaufkanäle
der vorliegenden Erfindung auf dem perforierten Deck 24,
wo die Migration und Mischen von Flüssigkeit wirksamer als in den Trögen ist.
Damit fungieren die schräg
gelegten Ablaufkanäle
weniger als Hindernis für
die Migration und das Mischen quer über die Kolonne und beeinflussen
daher die Gleichförmigkeit
der Flüssigkeitsverteilung
unter dem kombinierten Verteiler weniger als die Ablenkbleche nach
dem Stand der Technik, besonders bei Bedingungen, wenn es in der
Packung unmittelbar über
dem kombinierten Verteiler eine Fehlverteilung von Flüssigkeit
gibt.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem die
Fähigkeit
zur Filterung zur Verfügung.
Die Filterung der Flüssigkeit
kann wichtig sein, wenn kleine Stücke von Restpartikeln in der
Kolonne, z. B. Teile von Metall, die von der Konstruktion übrig geblieben sind,
und kleine Stückchen
der strukturierten Packung vorhanden sind. Derartige Restpartikel
können sich,
wenn sie nicht durch Filterung gesammelt werden, im Flüssigkeitsverteiler
ansammeln, die Löcher blockieren
und möglicherweise
die Qualität
der Verteilung beeinflussen. Der kombinierte Verteiler 20 filtert
die Flüssigkeit
wirksam, indem Restpartikel besser auf dem perforierten Deck 24 als
in den Flüssigkeit
enthaltenen Trögen 28 gesammelt
werden. Da es viel mehr einzelne Perforationen im perforierten Deck
relativ zu der Anzahl von Perforationen in den Trögen geben
kann, wird die gesamte Verteilung durch die Restpartikel minimal
beeinflusst.