DE731336C - Verfahren und Einrichtung zum Gaswaschen, Abtreiben fluechtiger Stoffe und Rektifizieren - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Gaswaschen, Abtreiben fluechtiger Stoffe und Rektifizieren

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DE731336C
DE731336C DEA88248D DEA0088248D DE731336C DE 731336 C DE731336 C DE 731336C DE A88248 D DEA88248 D DE A88248D DE A0088248 D DEA0088248 D DE A0088248D DE 731336 C DE731336 C DE 731336C
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DE
Germany
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holes
liquid
gas
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DEA88248D
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Dr Andreas Von Antropoff
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ANDREAS VON ANTROPOFF DR
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ANDREAS VON ANTROPOFF DR
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D47/00Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/02Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/18Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal bubble plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/26Fractionating columns in which vapour and liquid flow past each other, or in which the fluid is sprayed into the vapour, or in which a two-phase mixture is passed in one direction
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  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Gaswaschen, Abtreiben flüchtiger Stoffe und Rektifizieren Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolonnenapparat, der sowohl zur Gaswäsche als auch zum Abtreiben flüchtiger Stoffe aus Flüssigkeiten und zum Rektifizieren geeignet ist.
  • Während man früher Steine, Koksstücke usw. als Füllkörper, über die z. B. die Gaswaschflüssigkeiten herabrieseln, benutzte, ist mari in den letzten Jahrzehnten dazu übergegangen, Füllkörper von geeigneter Form herzustellen. Man setzte sich hierbei das Ziel, diese so zu gestalten, daß die wirksame Oberfläche in der Volumeinheit der Kolonne möglichst groß ist und daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit erreicht wird. Am bekanntesten sind die nach diesen Gesichtspunkten hergestellten sogenannten Raschigringe und die sattelförmigen Körpier von Derl. Durch diese Körper wird aber nicht vermieden, daß die Flüssigkeit beim Herabrieseln sich mehr und mehr zu einzelnen Strömen zusammenzieht und an die Außenwand der Kolonne drängt. Zwischenbuden können dieses Übel nur verringern, aber nicht beseitigen. Ein grundsätzlicher Fehler fast aller bekannten Füllkörperkolomnen besteht darin, daß die Füllkörper den Raum ungeordnet ausfüllen. Die günstigsten Bedingungen für einen schnellen Austausch bei geringstem Material- und Raumverbrauch können offenbar nur vorhanden sein, wenn die Gase und Flüssigkeiten bestimmte Schichtdicken haben und sich mit bestimmter Geschwindigkeit bewegen. Diese können aber in einem System von Körpern mit ungeordneter Lage höchstens zufällig an einzelnen Stellen bestehen. Im allgemeinen werden Gase und Flüssigkeiten bald dicke, bald dünne Schichten bilden sowie stellenweise sehr schnell strömen und an anderen Stellen kaum fließen. Die höchste Leistung einer Füllkörperkolonne ist daher nur mit Füllkörpern von geeigneter Form, die in bestimmter Lage in der Kolonne untergebracht sind, zu erreichen.
  • Außerdem ist aber bei den bekannten Füllkörperkolonnen ' eine neue Erkenntnis über den Mechanismus der Absorption von Gasen oder Dämpfen durch Flüssigkeiten nicht berücksichtigt worden. Es hat sich nämlich -erwiesen, daß die oberste, etwa o,oi bis o,i mm dicke Schicht einer jeden Flüssigkeit sich in vieler Beziehung wie eine elastische Haut benimmt. Sie nimmt z. B. an den inneren Strömungen einer Flüssigkeit kaum teil. Beso;iders entzieht sie sich sehr energisch eüi5 Vermischung mit der inneren Flüssigkeit: Selbst in Flüssigkeiten, die sich in starker Re@vegaung befinden, vollzieht sich daher im allgemeinen die Absorption eines Gases in der Weise, daß die Oberfläche, die gewöhnlich als Oberflächenfilm bezeichnet wird, sich sehr schnell mit dem Gas sättigt, dagegen der Eintritt des Gases in das Innere der Flüssigkeit mir durch den sehr langsamen Vorgang der Diffusion erfolgt. Da die Dicke der über die Füllkörper strömenden Flüssigkeitsschicht io- bis zoomal größer als die Dicke des Films ist, genügt es nicht, daß nur für eine große Oberfläche gesorgt wird,-sondern es müssen möglichst schnell immer neue Teile der inneren Flüssigkeit an die Oberfläche treten, um sich mit dem Gas zu sättigen. Der so abgesättigte Film muß dann gewaltsam wieder in das Innere der Flüssigkeit gebracht werden.
  • Diese Überlegungen führten zu der Überzeugung, daß eine waagerechte, flache Kreisscheibe einen besonders wirksamen Körper bilden muß, wenn ein auf ihre Mitte fallender Flüssigkeitsstrahl sich auf der Scheibe in allen Richtungen radial nach außen ausbreitet und an den Rändern abfließt, während das z. B. aus.zuw.aschende Gasgemisch .im Gegenstrom von den Rändern radial zur Mitte über die Flüssigkeit geleitet wird und dann durch eine Öffnung nach oben abströmt.
  • Die Abb. i a zeigt zur Erläuterung des Erfindungsprinzips einen senkrechten Schnitt und die Abb. i b einen waagerechten Schnitt in Linie a-b eines Kolonnenbodens, der nur aus einem Scheibenkörper i besteht. Durch das Rohr 2 strömt die Flüssigkeit auf den Mittelpunkt o der Scheibe i. Die ausgezogenen Linien und Pfeile zeigen den Strömungsweg der Flüssigkeit, die hier durch acht Bohrungen 3 am Rande der Scheibe abfließt. Durch acht andere Bohrungen .4 am Rande, die mit kurzen Rohransätzen 5 nach oben versehen sind, tritt das Gasgemisch in den Raum 6 über der Scheibe i ein, um radial entsprechend den gestrichelten Linien und Pfeilen über die Scheibenoberfläche nach innen zu strömen und den Raum durch ein das Rohr 2 umgebendes Mantelrohr 7 zu verlassen. Der radiale Strom der Flüssigkeit nach außen bewirkt eine schnelle Vergrößerung der Oberfläche der im Strahl auf die Mitte fallenden Flüssigkeitsmenge. Hierbei wird das Gas von dem sich auf der ganzen Strecke beständig neu bildenden Film sehr schnell absorbiert. Mit dieser Einkörperscheibenkolonne und mit einer mit Raschigringen gefüllten Kolonne von gleichem Durchmesser wurden Parallelversuche angestellt, in denen aus einem Gemisch von Kohlendioxyd und Luft ersteres mit Wasser ausgewaschen wurde. Es zeigte sich, daß unter sonst gleichen Umständen und auf das gleiche Kolonnenvolumen bezogen die Wirkuilg der Scheibenkolonne 3- bis 6mal größer war als diejenige der Raschigkolonne.
  • Für technische Zwecke genügt natürlich eine Kolonne mit nur einem Körper nicht. L m den Durchlaß und entsprechend den Durchmesser der Kolonne auf das erforderliche Maß zu bringen, muß eine größere Zahl von Scheiben oder diesen gleichwertigen Austauschflächen in der Kolonne nebeneinander untergebracht sein. Ferner muß das Gasgeinisch nacheinander eine größere Zahl von übereinander angeordneten Böden passieren, um ein genügendes Auswaschen zu erzielen.
  • ='#,'bb.2a und 2b zeigen schematisch im Aufriß und im Grundriß eine Ausführungsform der Kolonne, in welcher die angegebenen Forderungen in einfachster Weise erfüllt sind. An die Stelle vieler einzelner nebeneinanderliegender Scheiben treten durchlochte Platten i i, die den ganzen Ouerschnitt der Kolonne ausfüllen. Die kleinen schwarzen Kreisflächen der linken Hälfte der Abb. 2b zeigen die Löcher 13, durch welche gleichzeitig die Flüssigkeit abfließt und die Gase nach oben strömen. Von Platte zu Platte sind die Löcher versetzt angeordnet. Jede zwischen je vier Löchern 13 liegende quadratische Fläche bildet eine Austauschfläche 12 und entspricht einem Scheibenkörper. Die Flüssigkeit, die in Strahlen von den Löchern der Barüberliegenden Platte herabströmt, trifft die Mitte der Austauschfläche und breitet sich auf dieser zuerst kreisförmig aus, wie die Kreise es andeuten. Hierauf fließt sie durch die vier Löcher ab, um in Strahlen wieder auf die Mitten der Austauschflächen der nächsten Platte zu fallen.
  • Wesentlich für diese Kolonne ist, däß die Flüssigkeit nach der Ausbreitung nicht von den Rändern der Austauschflächen direkt als Flüssigkeitsschleier herabfließt, sondern daß sie vor dem Abfließen wieder zu einem oder einigen nahe beieinanderliegenden Strahlen vereinigt wird. Denn nur dann kann sie wider die Mitte einer tieferen Austauschfläche treffen und sich aufs neue ausbreiten. Hierdurch unterscheidet sich die neue Kolonne wesentlich von einer bekannten, in der an den Spitzen versetzt gegeneinander aufgehängte Konusse als Füllkörper dienen. Von diesen fließt die Flüssigkeit in Schleiern ab, die die Barunterliegenden Konusflächen seitlich oder gar nicht treffen. Ebenso wesentlich ist es, daß die Löcher 13 im Verhältnis zu der Größe der Austauschflächen i2 klein bzw. die Durchmesser der Löcher klein gegenüber ihren Abständen sind. Denn nur dann wird erreicht, daß die ausgebreitete Flüssigkeit ihre Oberfläche wieder verkleinert und die tiefere Austauschfläche möglichst im Mittelpunkt trifft, um sich auf dieser aufs neue auszubreiten. Es sind Kolonnen bekannt, bei denen gleichfalls durchlochte Platten mit versetzt angeordneten Löchern verwendet werden.. Bei diesen sind aber die Löcher so groß, daß sich im senkrechten Riß die Ränder der versetzt angeordneten Löcher fast berühren. Die Flüssigkeit fällt daher in weiten Schleiern von den Rändern der Löcher herab. Eine Ausbreitung auf den waagerechten Flächen findet kaum statt, und der Stoffaustausch geschieht an den herabfallenden Schleiern. Damit diese die notwendige Oberfläche bieten, muß der Abstand der Platten voneinander verhältnismäßig groß sein. Im Gegensatz hierzu muß in der neuen Kolonne, weil der Austausch während der horizontalen Strömung erfolgt, der Abstand der Platten verhältnismäßig klein sein., Entsprechend verkleinert sich dadurch die Höhe der ganzen Kolonne, was Ersparnisse in der Anlage und im Betrieb bedeutet.
  • In der rechten Hälfte der A'bb. a a und z b sind etwas geänderte Ausführungsformen der Kolonne dargestellt. In diesen ist jedes Loch der vorhin beschriebenen und links abgebildeten Form durch ein zentrales Loch 14, das mit einem kurzen Rohransatz 15 nach oben versehen, ist, und einen Kranz von. vier dicht um das Zentralloch kreisförmig angeordneten Löchern z6 ersetzt. Während in der zuerst beschriebenen Form Flüssigkeit und Gase zusammen jedes Loch benutzen mußten, treten in den rechts abgebildeten Formen die Gase durch das Zentralloch 14 und die Flüssigkeit durch die um dieses angeordneten Löcher 16. Da die Entfernung der vier Löcher vom Mittelpunkt des Zentralloches klein ist, fallen die vier Strahlen nahezu auf den Mittelpunkt der getroffenen Austauschfläche. Durch den Ersatz eines jeden Loches der ersten Form durch den Komplex von fünf dicht beieinanderliegenden Löchern 14 und 16 wird an der Kolonne nichts geändert. Die Trennung der Löcher für die.Gase und die Flüssigkeit stellt aber eine Verbesserung dar, weil bei den gemeinsamen Löchern die aufströmernden Gase gelegentlich den gleichmäßigen Abfluß der Flüssigkeit behindern.
  • Die äußerste rechte Lochreihe in Abb. 2a und 2 b stellt eine weitere Verbesserung dar, indem die Rohransätze eine dem Plattenabstand gleiche Länge erhalten. Dadurch dienen sie gleichzeitig als Stützen für die nächsthöhere Platte. Hierbei treten die Gase durch seitliche Ausschnitte 17 in den Röhren aus.
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung ist in ihr stets nur auf den Prozeß des Gaswaschens Bezug genommen. Das Verfahren und die Kolonne eignen sich aber ebensogut auch für die,Abtreibung von gelösten Gasen und für die Rektifikation, da in allen diesen Prozessen die Aufgabe die gleiche ist: nämlich ein möglichst schneller und vollständiger Austausch von Stoffen zwischen der flüssigen und der Gasphase.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Gaswaschen, Abtreiben flüchtiger Stoffe aus Flüssigkeiten und Rektifizieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgemische oder Dämpfe über eine Anzahl dicht übereinanderliegender horizontaler, aus mehreren kreisförmigen Austauschflächen zusammengesetzter Böden von den äußeren Rändern der Austauschflächen radial zu den Mittelpunkten derselben geleitet werden, während die in den Mittelpunkt jeder +Nustauschfläche aufgegebene Flüssigkeit sich in dünner Schicht vom Mittelpunkt radial zum Rande der Austauschfläche ausbreitet.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, bestehend aus einer Kolonne, die mit den ganzen Querschnitt ausfüllenden horizontalen, durchlochten Platten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Abstände der von Platte zu Platte versetzt angeordneten Löcher, durch welche die Gase und Dämpfe heraufströmen und die Flüssigkeit herabfließt, um ein Vielfaches größer als die Durchmesser .der Löcher sind.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Löcher durch ein zentrales Loch mit kurzem Rohransatz nach oben für den Durchfluß der Gase oder Dämpfe :und mehrere dicht im Kreis herum angeordnete Löcher für.den Abfluß der Flüssigkeit ersetzt ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß .die Höhe der in ton sich bekannter Weise mit seitlichen, für -den Gas- bzw. Dampfdurchfluß dienenden Schlitzen versehenen Rohransätze gleich dem Plattenabstand ist, so daß diese gleichzeitig als Stützen für die nächsthöhere Platte dienen.
DEA88248D 1938-10-06 1938-10-06 Verfahren und Einrichtung zum Gaswaschen, Abtreiben fluechtiger Stoffe und Rektifizieren Expired DE731336C (de)

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