DE744364C - Floor for exchange columns - Google Patents

Floor for exchange columns

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DE744364C
DE744364C DEI66589D DEI0066589D DE744364C DE 744364 C DE744364 C DE 744364C DE I66589 D DEI66589 D DE I66589D DE I0066589 D DEI0066589 D DE I0066589D DE 744364 C DE744364 C DE 744364C
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exchange columns
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DEI66589D
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Dr-Ing Karl Sigwart
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IG Farbenindustrie AG
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IG Farbenindustrie AG
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/18—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal bubble plates
    • B01D3/20—Bubble caps; Risers for vapour; Discharge pipes for liquid
    • B01D3/205—Bubble caps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/14—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by using distillation, extraction, sublimation, condensation, freezing, or crystallisation

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Description

Bei den sogenannten Austauschsäulen haben Glockenböden gegenüber den Siebboden bekanntlich den Vorteil, daß auch bei kleinsten Belastungen genügend Flüssigkeit stehenbleibt und die Menge des Mitgerissenen bei hoher Belastung geringer ist, da der Dampfstrahl im Bereich seiner größten Geschwindigkeit nicht nach oben, sondern horizontal gerichtet ist. Auch die Verschmutzungsgefahr und die Empfindlichkeit gegen Verwerfen und Schiefstellen sind beim Glockenboden nicht so groß wie beim Siebboden. Dagegen erreicht der Glockenboden maximal keinen so hohen Wirkungsgrad wie der Siebboden, was wohl vor allem darauf zurückzuführen ist, daß der zur Verfügung stehende Mischraum bzw. das Flüssigkeitsvolumen zwischen den Glocken wesentlich kleiner ist. Auch der Druckverlust ist wegen der Drosselung und mehrfachen Umlenkung durch die Kamine bei Glockenboden im allgemeinen größer als bei Siebböden, It is well known that the so-called exchange columns have bubble-cap trays compared to the sieve tray the advantage that enough liquid remains even with the smallest loads and the amount of what is entrained is lower at high loads because the steam jet in the range of its greatest speed not upwards but horizontally is. The danger of soiling and the sensitivity to warping and skewing are not the same with the bell base as big as the sieve bottom. On the other hand, the bell bottom does not reach a maximum that high Efficiency like the sieve bottom, which is probably mainly due to the fact that the available mixing space or the volume of liquid between the bells is much smaller. Also the pressure loss is due to the throttling and multiple The deflection through the chimneys is generally greater for bubble trays than for sieve trays,

Zur Vergrößerung des Mischraumes wurde bei Glockenböden schon der Glockendurchmesser oberhalb der Schlitze verringert, so daß eine abgesetzte Glockenform entsteht. Der "Gewinn an Mischraum ist jedoch im Verhältnis zu der Erhöhung des Druckverlustes durch die Verengung der Gasquerschnitte unbedeutend. In the case of bubble-cap trays, the bell-shaped diameter has already been used to enlarge the mixing space Reduced above the slots, so that a stepped bell shape is created. Of the "However, the gain in mixing space is in proportion to the increase in pressure loss due to it the narrowing of the gas cross-sections is insignificant.

Zur Verringerung des Druckverlustes von Glockenböden hat man auch schon auf Durchtrittsstutzen für die Gase ganz verzichtet und die Glocken und den Glockenboden derart ausgebildet, daß eine horizontale, ringförmige Düse gebildet wird. Diese Düse hatIn order to reduce the pressure loss of bubble cap trays, one also has through nozzles for the gases completely omitted and the bells and the bell bottom like that designed that a horizontal, annular nozzle is formed. This nozzle has

man dann weiter durch keilförmige Nasen der Glocken in kleine Teildrüsen unterteilt. Diese Düsen ergaben nun zwar eine bessere Gasführung, es blieben aber die alten Nachteile der komplizierten Form und das Mißverhältnis zwischen Durchmesser der Durchtrittsöffnung im Boden und dem Durchmesser der Glocke. Hinzukommt, daß die gewollte hohe Durchtrittsgeschwindigkeit zur Erzielung vonone then further subdivided the bells into small partial glands by the wedge-shaped noses. These Nozzles now resulted in better gas flow, but the old disadvantages remained the complicated shape and the disproportion between the diameter of the passage opening in the bottom and the diameter of the bell. In addition, the desired high rate of passage to achieve

.10 Flüssigkeitsumwälzung naturgemäß auch "rieht ohne entsprechenden Druckverlust zu erreichen ist und die Dimensionierung und Herstellung solcher Düsen große Sorgfalt erfordert, da bekanntlich schon geringe Unregehnäßigkeiten den Druckverlust wesentlich erhöhen..10 Of course, fluid circulation also occurs without achieving a corresponding loss of pressure and the dimensioning and manufacture of such nozzles requires great care, as it is known that even minor irregularities significantly affect the pressure loss raise.

Es wurde nun gefunden, daß man die Austauschverhältnisse durch Vergrößerung des Flüssigkeitsvolumens auf dem Boden verbessern, den Druckverlust wesentlich verringern und die Herstellung vereinfachen und \*erbilligen kann, wenn man die Kamine nicht nur ganz wegläßt, sondern auch den Durchmesser der Durchtrittsöffnung im Boden, die frühere lichte Weite der Kamine, dem Durchmesser der Glocken angleicht bzw. die senkrechten Durchtritts- ! schlitze für das Gas möglichst direkt am Rande der Durchtrittsöffnungen, deren Kanten zweckmäßig aus strömungstechnischen Gründen abgerundet sind, im Boden anordnet. Dadurch ist man in der Lage, die Durchtrittsöffnungen im Boden wesentlich größer zu machen oder auf demselben Kolonnenboden mehr Glocken unterzubringen, wodurch in beiden Fällen der Druckverlust des Bodens verringert wird. Außerdem kann die Höhe der Glocke auch gegenüber der erwähnten Düsenglocke noch beträchtlich verringert werden, während sie gegenüber den normalen Glocken nur einen Bruchteil von deren Höhe ausmacht. Zweckmäßig wird man die Höhe gleich der Länge der Schlitze wählen; dadurch ist es möglich, die Glocke von der Flüssigkeit vollkommen überspülen zu lassen, um so an Austauschvolumen der Flüssigkeit zu gewinnen, ohne den Druckverluät unnötig zu erhöhen und ohne Gefahr zu laufen, daß die Flüssigkeit von dem Dampf mitgerissen wird.It has now been found that the exchange ratios can be increased by enlarging improve the volume of liquid on the bottom, significantly reduce the pressure loss and the production can be simplified and \ * cheaper if the chimneys not only completely omits, but also the diameter of the opening in the floor, the former clear width of the Chimneys that match the diameter of the bells or the vertical passage! slots for the gas as directly as possible on the edge of the passage openings, their edges are appropriately rounded for flow reasons, arranged in the ground. This makes it possible for the passage openings to make it much larger in the tray or to accommodate more bells on the same column tray, which in in both cases the pressure drop in the soil is reduced. In addition, the amount of Bell can also be reduced considerably compared to the nozzle bell mentioned, while it is only a fraction of the height of the normal bells. Appropriately, you will choose the height equal to the length of the slots; this is how it is possible to completely flush the bell with the liquid, in order to increase the exchange volume to win the liquid without unnecessarily increasing the Druckverluät and without running the risk of the liquid is carried away by the steam.

Daß man die Möglichkeit, die Mängel der Glockeraböden auf diese Weise zu beseitigen, bisher nicht in Betracht gezogen hat, lag wahrscheinlich zum großen Teil daran, daß bisher kein einwandfreier Weggegeben wurde, die Geschwindigkeit zu berechnen, die erforderlich ist, um einen Schlitz durch die hindurchtretenden Dämpfe gerade noch freizublasen, d. h. die untere Belastungsgrenze festzustellen, von der an die Gefahr besteht, daß So die Kolonne leerläuft. Für die Dampfgeschwindigkeit W1, bei der ein rechteckiger j Schlitz von der Breite B und der Länge L durch Dampf von der Wichte γ ^ freigeblasen und für die Flüssigkeit von der Wichte yF und der Oberflächenspannung σ undurchlässig wird, wurde folgende Funktion gefunden und durch zahlreiche Versuche bestätige:The failure to consider the possibility of eliminating the imperfections of the Glockera floors in this way was probably due in large part to the failure to properly calculate the speed required to pass a slot through the to just blow the passing vapors free, ie to determine the lower load limit from which there is a risk that the column will run empty. The following function was found for the vapor velocity W 1 , at which a rectangular j slot of width B and length L is blown free by steam of specific gravity γ ^ and becomes impermeable to the liquid of specific gravity y F and surface tension σ numerous attempts confirm:

Yf-Yf-

•4<t• 4 <t

woraus sich die Schlitzbreite jeweils bestimmen läßt. from which the slot width can be determined in each case.

Dabei ist ζ die Druckverlustziffer des Schlitzes und g die Erdbeschleunigung. Die Länge eines Schlitzes von der Breite B, der auch bei unendlich kleiner Dampfgeschwindigkeit im Schlitz flüssigkeitsundurchlässigbleibt. ergab sich zuHere ζ is the pressure loss factor of the slot and g is the acceleration due to gravity. The length of a slot of width B, which remains impermeable to liquid even at an infinitely low vapor velocity in the slot. surrendered to

L =L =

V—V—

Ein weiterer Vorteil der kaminlosen Flachglocken ist Materialersparnis, da die Glocken sehr niedrig werden und der Kamin gespart wird, ein weiterer der Wegfall der Flüssigkeitsspindel, da der Boden beim Abstellen des Dampfes durch die Schlitze von selbst leerläuft. Another advantage of the chimney-free flat bells is material savings, as the bells become very low and the chimney is saved, another the elimination of the liquid spindle, because the bottom drains automatically through the slots when the steam is switched off.

Belastungsbereich und Wirkungsgrad derartiger Flachglocken gemäß der Erfindung sind sehr groß. Beispielsweise ergaben Austauschversuche in Äthylalkohol-Wasser-Gemischen einen Wirkungsgrad von Qo0J0. der sogar in dem großen Bereich von 0,15 bis 1,00 m/s Zargengeschwindrgkeit konstant war.The load range and efficiency of such flat bells according to the invention are very large. For example, exchange tests in ethyl alcohol-water mixtures showed an efficiency of Qo 0 J 0 . which was constant even in the large range of 0.15 to 1.00 m / s frame speed.

Die Herstellung derartiger Flachglockwi J°o gestaltet sich dadurch, daß die Schlitze direkt am Ende der Durchtrittsöffnung im Boden angeordnet sein sollen, besonders einfach. Die Glocken können infolgedessen nicht nur für sich allein hergestellt, sondern auch mit dem Boden aus einem Stück gedrückt oder gegossen werden, letzteres erforderlichenfalls sogar in keramischem Material oder Glas. Auch die Herstellung in plastischen Kunststoffen gestaltet sich nicht minder einfach. »» Eine weitere Möglichkeit der Glockenherstellung besteht darin, die Stege zwischen den. Schlitzen durch in den Deckel eingenietete oder geschraubte, beliebig profilierte, zweckmäßig runde Stifte zu ersetzen, von denen einige dann zweckmäßig gleich zur Befestigung der Glocke auf dem Boden benutzt werden können.The production of such Flachglockwi J ° o is designed in that the slots are directly at the end of the passage opening in the bottom should be arranged, particularly simple. As a result, the bells cannot only be used for manufactured on its own, but also pressed or cast in one piece with the floor the latter, if necessary, even in ceramic material or glass. Also the production in plastic plastics turns out to be no less simple. »» Another way of making bells consists in the webs between the. Slits through riveted into the lid or to replace screwed, arbitrarily profiled, appropriately round pins, of which some can then be used to fix the bell on the floor can.

Neben üblicher Befestigung der Glocke durch Bügel ergibt sich bei der kaminlosen Flachglocke noch die Möglichkeit, die Stege zwischen den senkrechten Schlitzen in einenIn addition to the usual fastening of the bell with a bracket, there is also a chimney-free one Flat bell still has the option of converting the webs between the vertical slots into one

ringförmigen, mit Gewinde versehenen Ansatz auslaufen zu lassen und diesen in den Boden einzuschrauben.ring-shaped, threaded approach to drain and this into the ground screw in.

Eine Eigenart der kaminlosen Glocken ist, daß sie sowohl auf wie unter dem Boden angebracht werden können, wobei die hängende Anordnung unter dem. Boden sowohl hinsichtlich des Mitreißens von Flüssigkeit wie auch hinsichtlich des Anbringens von Heiz- undOne of the peculiarities of chimney-less bells is that they are placed both on and under the floor can be, with the hanging arrangement under the. Soil both in terms of the entrainment of liquid as well as with regard to the attachment of heating and

ίο Kühlschlangen in der bewegten Flüssigkeit über dem Boden Vorteile bietet.ίο cooling coils in the moving liquid offers advantages above the ground.

Um die Berührungszeit zwischen Dampf und Flüssigkeit zu verlängern, kann man den Glockenideckel in an sich bekannter Weise mit einem vorstehenden Rand versehen, so1 daß die Dämpfe nicht direkt nach oben steigen können, sondern .unter dem vorstehenden Rande nochmals nach außen abgelenkt werden.
Die Anordnung derartiger senkrechter, bis zu kleinen Leistungen flüssigkeitsundurchlässiger Dampf durchtrittsschlitze braucht naturgemäß nicht die der üblichen runden Glocken zu sein. Die Schlitze können auch in Form der gleichfalls bekannten Längs- oder Ringtunnel oder auch beliebig anders angeordnet sein. Hierbei kann man den Austausch durch entsprechende Anordnung von Zu- und Ablauf der Flüssigkeit, d. h. der Strömungsrichtung in bezug auf die Richtung der Schlitzreihen, beeinflussen, z. B. die Schlitzreihen senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit anordnen. To prolong the contact time between vapor and liquid, one can provide the Glockenideckel in known manner with a protruding edge, so 1 that the vapors can not directly rise upward, but are deflected .Among the above edge again to the outside.
The arrangement of such vertical, liquid-impermeable steam passage slots up to small powers naturally does not need to be that of the usual round bells. The slots can also be arranged in the form of the likewise known longitudinal or ring tunnels or also in any other way. Here you can influence the exchange by appropriate arrangement of the inflow and outflow of the liquid, ie the flow direction with respect to the direction of the rows of slots, z. B. arrange the rows of slots perpendicular to the direction of flow of the liquid.

Jn beiliegender Zeichnung sind Ausführungsformen des Erfindungsgedankens beispielsweise dargestellt, und zwar inEmbodiments are shown in the accompanying drawing of the inventive concept shown, for example, in

Abb. ι die Anwendung des Erfindungsgedankens auf die übliche Glocke mit Bügelverschluß, wobei der vollkommen ebene Deckel direkt an die Schlitze anschließt,Fig. Ι the application of the concept of the invention to the usual bell with clip lock, where the completely flat cover connects directly to the slots,

Abb. 2 eine in den Boden eingeschraubte Flachglocke mit überstehendem Deckel,Fig. 2 a flat bell screwed into the base with a protruding cover,

Abb. 3 eine an den Boden angehängte Flachglocke, bei der die Stege zwischen den Schlitzen aus in den Deckel eingenieteten Rundeisenstiften bestehen,Fig. 3 a flat bell attached to the floor, in which the webs between the Slots consist of round iron pins riveted into the lid,

Abb. 4 die Anwendung der Kappen bei der normalen Flachglocke unter gleichzeitiger Einflußnahme auf die Strömungsrichtung der Dämpfe und der Flüssigkeit.Fig. 4 the use of the caps with the normal flat bell under simultaneous Influence on the direction of flow of the vapors and the liquid.

Abb. 5 und 6 zeigen in: Aufriß und Grundriß die Anordnung von Längstunnelglocken mit senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit gerichteten SdhlitzreihemFig. 5 and 6 show in: Elevation and ground plan the arrangement of longitudinal tunnel bells with Sdhlitzreihem perpendicular to the direction of flow of the liquid

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: i. Boden für Austauschsäulen, bei dem die Dämpfe durch senkrechte Schlitze, insbesondere^solche, deren Höhe ein. Mehrfaches der Breite beträgt, in die Flüssigkeiteintreten, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze am Rande der kaminlosen Durchtrittsöffnung im Boden angeordnet sind.i. Floor for exchange columns, in which the vapors pass through vertical slots, in particular ^ those, their amount. Is a multiple of the width into which the liquid can enter, characterized in that the slots are arranged at the edge of the chimney-free passage opening in the floor. 2. Boden für Austauschsäulen nach Anspruch i, bei dem stets mit endlichen Werten, der Dampf durchtrittsgeschwindigkeit Wf zu rechnen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite B des rechteckigen Schlitzes, bei der der Schlitz flüssigkeitsundurchlässig ist, aus der Formel2. Floor for exchange columns according to claim i, in which finite values, the vapor passage speed Wf is always to be expected, characterized in that the width B of the rectangular slot, in which the slot is impermeable to liquid, from the formula bestimmt wird, wobei L die nach praktischen Gesichtspunkten frei zu wählende Schlitzhöhe, wf die Dampfgeschwindigkeit, bei der der Schlitz freigelassen werden soll, γΒ Wichte des Dampfes und γΡ der Flüssigkeit sowie σ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bedeuten.is determined, where L is the slot height, which can be freely selected from a practical point of view, w f is the vapor velocity at which the slot is to be released, γ Β is the weight of the vapor and γ Ρ of the liquid and σ is the surface tension of the liquid. 3. Boden für Austauschsäule nach Anspruch i, der auch bei unendlich kleiner Dampfdurchtrittsgeschwindigkeit in den g, Schlitzen flussigteitsfrei bleiben soll, dadurch !gekennzeichnet, daß die Höhe L der Sdhlitze nach der Formel3. Bottom for exchange column according to claim i, which should remain flussigteitsfrei even at infinitely small steam penetration speed in the g, slots, characterized in that the height L of the Sdhlitze according to the formula 2σ2σ
B-VtB-Vt bestimmt wird.is determined. 4. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze zu einer Glocke oder zu einem Tunnel vereinigt sind, deren lichte Höhe gleich der Schlitzhöhe ist.4. Floor for exchange columns according to claims 1 to 3, characterized in that that the slots are combined to form a bell or a tunnel, the clear height of which is equal to the slot height. 5. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schlitze enthaltenden Glocken oder Tunnel mit dem Boden in einem Stück hergestellt sind.5. Floor for exchange columns according to claims 1 to 4, characterized in that that the bells or tunnels containing the slots are made in one piece with the floor. 6. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schlitze enthaltenden Glocken in den Boden eingeschraubt sind.6. floor for exchange columns according to claims 1 to 4, characterized in that that the bells containing the slots are screwed into the ground. 7. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege zwischen den Schlitzen no aus in den Deckel eingenieteten oder ge- · schraubten, beliebig profilierten, zweckmäßig runden Stiften bestehen, von denen einige gleichzeitig zur Befestigung auf dem Boden dienen.7. floor for exchange columns according to claims 1 to 4, characterized in that that the webs between the slots no are riveted or screwed, arbitrarily profiled, suitably round pins exist, of which some serve at the same time for attachment to the floor. 8. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzgemeinschaft (Glocke, Tunnel usw.) unter dem Boden hängend angeordnet ist.8. floor for exchange columns according to claims 1 to 7, characterized in that that the slot community (bell, tunnel, etc.) is arranged hanging under the floor. 9. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich-9. Floor for exchange columns according to claims 1 to 5, characterized in that net, daß die Schlitze in Reihen senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit angeordnet sind.net that the slots are arranged in rows perpendicular to the direction of flow of the liquid are arranged. ι o. Boden für Austauschsäulen nach den Ansprüchen ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischgebiete der Schlitzgemeinschaften durch Lenkbleche oder Kappen voneinander getrennt sind, wobei die Strömungsrichtung von Flüssigkeit und Dampf im Sinne von Gleich- oder Gegenstrom geregelt wird durch die Anordnung der Lenkbleche oder Kappen sowie durch die. Anordnung der Durchtrittsöffnungen für Flüssigkeit und Dampf.ι o. Floor for exchange columns according to claims ι to 9, characterized in that that the mixed areas of the slot communities are separated from each other by guide plates or caps, the Direction of flow of liquid and vapor in the sense of cocurrent or countercurrent is regulated by the arrangement of the guide plates or caps as well as by the. Arrangement of the passage openings for liquid and vapor. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:To distinguish the subject of the application from the state of the art, the granting procedure the following publications have been considered: deutsche Patentschrift Nr. 629 086;German Patent No. 629 086; USA.-Patentschrift - 1442414;U.S. Patent - 1442414; Die Chemische Fabrik, 1937, S. 41 bis 45.Die Chemische Fabrik, 1937, pp. 41 to 45. Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings
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