DE8300693U1

DE8300693U1 - Liquid distributor for a mass and heat exchange column

Info

Publication number: DE8300693U1
Application number: DE8300693U
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1983-01-04
Publication date: 1983-05-05

Description

P.5779/Sd/Wh Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / SchweizP.5779 / Sd / Wh Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland

Flüssigkeitsverteiler für eine Stoff- und Wärmeaustauschkolonne Liquid distributor for a mass and heat exchange column

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler für eine Stoff- und Wärrneaustauschkolonne gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a liquid distributor for a Mass and heat exchange column according to the preamble of claim 1.

Flüssigkeitsverteiler bezwecken eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit über den Querschnitt derartiger Kolonnen. Liquid distributors aim to ensure even distribution of the liquid over the cross section of such columns.

Gebräuchliche Typen solcher Kolonnen, auf welche die Erfindung vorteilhaft Anwendung finden kann, sind insbesondere Kolonnen, bei denen die Austauschabschnitte aus geordneten Packungen, z.B. aus geriffelten, lammellenartigen Elementen, bestehen. Jedoch kann die Erfindung auch bei solchen Kolonnen verwendet werden, in denen die Austauschabschnitte aus regellosen Schüttungen von Füllkörpern, beispielsweise Rascliigringen oder aus jeweils einem Bündel von vertikaler,, parallel angeordneten Kanälen bestehen, wobei entweder bei grösserem Durchmesser der einzelnen Kanäle diese mit Füllkörpern ausgefüllt sind oder bei kleinem Durchmesser der Kanäle die Kolonne als eine sogenannte Filmkolonne ausgebildet ist.Common types of such columns to which the invention can advantageously be applied are in particular Columns in which the exchange sections consist of ordered packings, e.g. of corrugated, lamellar-like elements, exist. However, the invention can also be used in columns in which the exchange sections from random beds of packing, for example Rascliigringen or from a bundle of vertical, There are channels arranged in parallel, either with a larger diameter of the individual channels these with filler bodies are filled or, in the case of a small diameter of the channels, the column is designed as a so-called film column is.

In derartigen Kolonnen kann z.B. eine Destillation, Rektifikation, Extraktion, Absorption, auch eine Abtrennung ,:· isotoper Elemente aus einem Stoff aufgrund einer chemischen ...j. Austauschreaktion wie auch ein Wärmeaustausch zwischen ei- :j ner Flüssigkeit und einem dampf- bzw. gasförmigen Medium £| durchgeführt werden.In such columns, for example, a distillation, rectification, extraction, absorption, also a separation,: · isotopic elements from a substance due to a chemical ... j. Exchange reaction, as well as heat exchange between egg: j ner liquid and a vaporous or gaseous medium £ | be performed.

Bekanntlich hängt die Wirkung, in den erstgenannten Fällen die Trennwirkung und im letztgenannten Fall die Wärmeübertragung wesentlich von einer qleichmässigen und feinen Verteilung der Flüssigkeit auf die Oberfläche eines Austauschabschnittes ab.It is known that the effect depends, in the first-mentioned cases the separating effect and in the last-mentioned case the heat transfer essentially of an even and fine distribution of the liquid on the surface of an exchange section away.

Von der grossen Anzahl von Flüssigkeitsverteilern werden nachstehend einige bekannte und häufig angewendete Typen erwähnt.Of the large number of liquid distributors, some known and frequently used types are shown below mentioned.

So besteht beispielsweise eine bekannte Ausführungsform darin, Flüssigkeitsverteiler als Loch- oder Siebböden mit einer grossen Anzahl von gleichmässig angeordnete ι Lochungen oder Lochtüllen mit Ueberlaufsystemen auszubilden.For example, a known embodiment consists in liquid distributors as perforated or sieve trays with a large number of evenly arranged perforations or Form perforated nozzles with overflow systems.

Diese Ausführungsform hat den Nachteil einer grossen Abdeckung des Kolonnenquerschnittes, um eine einigermassen gleichmässige Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Kolonnenquerschnitt zu erreichen. Trotz den Dampfkaminen und dem möglichen Spalt zwischen Verteiler und Kolonnenwand ist der freie Querschnitt für den Dampfdurchtritt sehr eingeengt, was zu einem hohen Druckabfall führt. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, seitliche Röhrchen anzubringen. Diese Massnahme erhöht zwar die Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsverteilung, vermag jedoch den gasseitig grossen Druckabfall nur geringfügig zu verringern.This embodiment has the disadvantage of a large coverage of the column cross-section to a certain extent even distribution of liquid over the entire cross-section of the column to reach. Despite the steam chimneys and the possible gap between the distributor and the column wall is the free cross-section for the passage of steam is very narrow, which leads to a high pressure drop. It has already been suggested been attached to side tubes. Although this measure increases the uniformity of the liquid distribution, it is capable of the large pressure drop on the gas side to decrease only slightly.

Eine weitere gebräuchliche Ausführungsform besteht darin,Another common embodiment is

Flüssigkeitsverteiler als Rinnen- oder Kastenverteiler auszubilden, die Schlitze oder V-förmige Einschnitte in den Seitenwänden für den Flüssigkeitsüberlauf bzw. Kapillarsysteme aufweisen.To design liquid distributors as channel or box distributors, the slots or V-shaped incisions in the side walls for the liquid overflow or capillary systems exhibit.

Derartige Flüssigkeitsverteiler weisen zwar einen geringeren Druckabfall des Dampfes auf. Jedoch haben sie den wesentlichen Nachteil, dass der Verteiler exakt horizontal eingebaut werden muss. Geringste Abweichungen von der Horizontalen, Wellenbewegungen oder Gradienten in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit bewirken eine ungleichmässige Verteilung der Flüssigkeit und damit eine Verminderung der Trennleistung bzw. der Wärmeübertragung. Die Wellenbewegungen bzw. Gradienten sind die Folge relativ grosser Flüssigkeitsmengen in den Kanälen, und diese können deshalb nicht beliebig eng gewählt werden.Such liquid distributors admittedly have a lower one Pressure drop of the steam. However, they have the major disadvantage that the distributor is exactly horizontal must be installed. Smallest deviations from the horizontal, wave movements or gradients in the direction of flow of the liquid cause an uneven distribution of the liquid and thus a reduction in the Separation performance or heat transfer. The wave movements or gradients are the result of relatively large amounts of liquid in the channels, and these can therefore not be selected as narrowly as desired.

Eine weitere bekannte Ausführungsform besteht darin, Flüssigkeitsverteiler als sogenannte Kasten- oder Rohrverteiler mit Lochungen an der Unterseite für den Flüssigkeitsablauf auszubilden.Another known embodiment is liquid distributors as so-called box or pipe distributors with perforations on the underside for the liquid drainage to train.

Diese Verteilungssysteme weisen jedoch den wesentlichen Nachteil auf, dass die Flüssigkeit nur unterhalb der Kästen bzw. der Rohre abströmen kann. Dieses hat zur Folge, dass eine grosse Anzahl von Kästen bzw. Rohren für eine feine Verteilung der Flüssigkeit erforderlich ist, was einerseits einen hohen gasseitigen Druckabfall bewirkt und andererseits konstruktiv aufwendig ist.However, these distribution systems have the major disadvantage that the liquid is only below the boxes or the pipes can flow off. This has the consequence that a large number of boxes or tubes for a fine Distribution of the liquid is required, which on the one hand causes a high pressure drop on the gas side and on the other hand is constructively complex.

Schliesslich ist aus der DE-OS 29 45 103 ein Flüssigkeitsverteiler für eine Gegenstromkolonne bekannt, der als Rinnenoder Kastenverteiler mit Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit in den Seitenwänden versehen ist, wobei die Flüssig-Finally, DE-OS 29 45 103 discloses a liquid distributor known for a countercurrent column, the channel or box distributor with passage openings for the liquid is provided in the side walls, with the liquid

keit durch als Zungen ausgebildete Leitelemente nach unten geführt werden soll.down through guide elements designed as tongues should be performed.

Abgesehen davon, dass die bekannte Ausführungsform konstruktiv äusserst aufwendig ist, weist sie in funktioneller Hinsieht die nachstehenden Nachteile auf. So kann abwärts strömende Flüssigkeit von den Kanten der Zungen von aufwärts strömendem Gas bzw. Dampf abgerissen und vom Gas- bzw. Dampfstrom nach oben mitgerissen werden. Ausserdem läuft die Flüssigkeit nicht als Strahl von den Zungen ab, sondern im wesentlichen als Tropfen, so dass bei grossen Gasbelastun- ^en die Tropfen ebenfalls vom Gas mitgerissen werden. SchlLesslich besteht noch die Gafahr, dass die äusseren Zungen mindestens bei hohen Gasbelastungen im Gasstrom vibrieren <cnnen, was zur Zerstörung der Zungen führen kann.Apart from the fact that the known embodiment is extremely complex in terms of construction, it shows in functional terms the following disadvantages. This allows liquid flowing downwards from the edges of the tongues from upwards flowing gas or steam are torn off and carried away by the gas or steam flow upwards. In addition, the Liquid does not come off the tongues as a jet, but essentially as a drop, so that with high gas loads ^ en the drops are also carried away by the gas. Finally, there is still the risk that the outer Tongues can vibrate at least at high gas loads in the gas flow, which can lead to the destruction of the tongues.

Gegenüber don bekannter. Vorrichtungen hat sich die Erfindung die Ausbildung eines FiüssigKeitsverteilers zum Ziel gesetzt, welcher aussäe einer preisgünstigen Herstellungsweise, eine exakte gieicnm^ssige Flüssigkeitsverteilung über den Kolonnenquerschnitt unabhängig von der Gas- bzw. Dampfbelastbarkeit ermöglicht.Across from the better known. Devices has the invention the aim is to train a liquid distributor, which looks like an inexpensive manufacturing method, an exact uniform liquid distribution over the Column cross-section independent of the gas or vapor loading capacity enables.

Diese Aufgabe wird erfindunqsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this task is achieved by the in the identifier of claim 1 specified features solved.

Erfindungsgemäss ausgebildete Flüssigkeitsverteiler sind baulich einfach und tragen zu einer hohen Trennleistung bzw. optimalen Wärmeübertragung in Kolonnen wesentlich bei.Liquid distributors designed according to the invention are structurally simple and contribute significantly to a high separation efficiency and optimal heat transfer in columns.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zächnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the fence.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Ausschnitt einer Kolonne mit einer erfindungsgemässen1 shows a section in a schematic representation a column with an inventive

Ausführungsform eines Flüssigkeitsverteiler im Längsschnitt undEmbodiment of a liquid distributor in longitudinal section and

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Flüssigkeitsverteiler, während in denFig. 2 is a plan view of the liquid distributor, while in the

Fig. 3-9 Ausschnitte von verschiedenen Ausführungsformen in perspektivischer Darstellungsweise dargestellt sind.Fig. 3-9 shows details of various embodiments in a perspective representation are.

Fig. 10 zeigt in einem Schnitt ein Detail einer weiteren Ausführungsform.Fig. 10 shows in a section a detail of a further embodiment.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Stoffaustauschkolonne und zwar den obersten Stoffaustauschabschnitt 2, der beispielsweise aus einem Packungskörper mit geordneter Struktu. besteht. Oberhalb dieses Austauschabschnittes ist ein Flüssigkeitsverteiler angeordnet, der in nicht dargestellter Weise beispielsweise auf einem Rost abgestützt ist. Im Ausführungsbeispiel besteht der Flüssigkeitsverteiler aus einem als länglicher Trog 3 ausgebildeten Hauptkanal, an dessen Unterseite Nebenkanäle 4 angeordnet sind, die ein U-Profil aufweisen und mit dem Hauptkanal durch Durchtritts öffnungen 5 für die Flüssigkeit in Verbindung stehen.1 shows a section of a mass transfer column namely the uppermost mass transfer section 2, for example from a packing body with an ordered structure. consists. A liquid distributor is located above this exchange section arranged, which is supported in a manner not shown, for example on a grate. in the In the exemplary embodiment, the liquid distributor consists of a main channel designed as an elongated trough 3 whose bottom side channels 4 are arranged, which have a U-profile and with the main channel through passage Openings 5 for the liquid are in communication.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Nebenkanäle 4 in Abstanden voneinander angeordnet unci erstrecken sich über einen Grossteil des Kolonnenquerschnitts.As can be seen from FIG. 2, the secondary channels 4 are arranged at a distance from one another and extend over a large part of the column cross-section.

In erfindungsgemässer Weise sind auf beiden Längsseiten der Nebenkanäle 4 Strömungskanäl" 6 angeordnet, die im Ausfüh-In the manner according to the invention are on both long sides of the Side channels 4 flow channels "6 arranged, which in the execution

aufweisen rungsbeispiel unterschiedliche Längen/und die, wie Fig. 1have approximately different lengths / and the, as Fig. 1

zeigt, als nach unten abgebogene Rohrchen ausgebildet sind. Im Betrieb wird durch ein Rohr 7 Flüssigkeit in den Trog 3shows, are designed as downwardly bent tubes. During operation, liquid is fed into the trough 3 through a pipe 7

eingeleitet, von wo aus sie in die Nebenkanäle 4 strömt und durch die Röhrchen 6 seitlich weggeführt und gleichmässig über den gesamten Querschnitt des Stoffaustauschteiles 2 in Form von Flüssigkeitsstrahlen verteilt wird.initiated, from where it flows into the secondary channels 4 and led away laterally through the tubes 6 and evenly Over the entire cross section of the mass transfer part 2 is distributed in the form of jets of liquid.

Aufgrund der erfindungsgemässen Massnahme kann die Anzahl der Nebenkanäle 4 gegenüber bekannten Ausführungsformen wesentlich verringert werden, was einen geringen Druckabfall des aufwärtsströmenden Dampfes zur Folge hat bzw. höhere \ Due to the measure according to the invention, the number of secondary channels 4 can be significantly reduced compared to known embodiments, which results in a low pressure drop in the upwardly flowing steam or higher \

Dampf ströme zulässt. Ausserdem wird die Herstellung des. Flüssigkeitsverteilers billiger.Allows steam to flow. In addition, the production of the. Liquid distributor cheaper.

Da üblicherweise Austauschkolonnen mehrere, durch Zwischenräume getrennte Stoffaustauschabschnitte aufweisen, werden in den Zwischenräumen unterhalb der Austauschabschnitte Sammler bekannter Ausführungsformen angeordnet, von welchen die Flüssigkeit in einem unterhalb eines jeden Sammlers angeordneten Flüssigkeitsverteiler eingeleitet wird.Since usually exchange columns have several mass transfer sections separated by intermediate spaces arranged in the spaces below the exchange sections collectors of known embodiments, of which the liquid is introduced into a liquid distributor arranged below each collector.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Nebenkanals 4a, bei dem die Strömungskanäle 6a als nach unten abgewinkelte Röhrchen ausgebildet sind, wobei die horizontalen Teile der Röhrchen unterschiedliche Längen aufweisen. Diese Ausführung hat den Vorteil , dass die Flüssigkeit an jeden beliebigen Punkt des Kolonnenquerschnittes geführt werden kann, und somit eine exakt gleichmässige Flüssigkeitsverteilung erreicht wird.Fig. 3 shows a section of a secondary channel 4a, in which the flow channels 6a as downwardly angled tubes are formed, wherein the horizontal parts of the tubes have different lengths. This execution has the advantage that the liquid can be conducted to any point of the column cross-section, and thus an exactly even distribution of the liquid is achieved.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Nebenkanals 4b dargestellt, welcher an seinen beiden Seiten mit schräg nach unten gerichteten, rohrförmigen Strömungskanälen 6b verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform können die Röhrchen verschiedene Langen haben.In Fig. 4 an embodiment of a secondary channel 4b is shown, which is connected on both sides with obliquely downwardly directed, tubular flow channels 6b is. In this embodiment too, the tubes have different lengths.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Neben-The embodiment shown in Fig. 5 shows a secondary

kanal 4c, an den seitlich zwei Reihen von Röhrchen 6¹C undchannel 4c, on the side two rows of tubes 6 ¹ C and

. 6"c übereinander angeschlossen sind.. 6 "c are connected one above the other.

Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass der Flüssigkeitsdurchsatz einen erweiterten Bereich aufweist.This embodiment has the advantage that the liquid throughput has an extended area.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der an einen Nebenkanal 4d horizontale Strömung^kanäle 6'd angeschlossen sind, die trogartig ausgebildet sind und mit dem Nebenkanal 4d durch V-förmige Durchtrittsöffnungen verbunden sind. Anstelle einer V-förmigen Ausführung der Durchtrittsöffnungen können diese beispielsweise auch schlitzförmig ausgebildet sein.Fig. 6 shows an embodiment in which horizontal flow channels 6'd are connected to a secondary channel 4d, which are trough-shaped and are connected to the secondary channel 4d by V-shaped passage openings. Instead of a V-shaped design of the passage openings, these can, for example, also be slit-shaped be.

Im Endbereich der Strömungskanäle 6'd sind an deren Unterseite vertikale Röhrchen 6"d angebracht.In the end area of the flow channels 6'd are on their underside vertical tubes 6 "d attached.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen Ausführungsformen von Strömungskanälen 6e bis 6g, die an Nebenkanäle 4e bis 4g angeschlossen sind,, welche rinnenförmig (vergl. Fig. 7 und 8) oder ähnlich wie Fig. 6 aus einem trogartigen Teilt 6g bestehen, an dessen Unterseite jedoch eine Oeffnung 9 angebracht ist (vergl. Fig. 9).7 to 9 show embodiments of flow channels 6e to 6g which are connected to secondary channels 4e to 4g ,, which trough-shaped (see. Fig. 7 and 8) or similar to Fig. 6 consist of a trough-like part 6g, on its Underside, however, an opening 9 is attached (see. Fig. 9).

Fig. 10 zeigt einen Schnitt quer zu einem Nebenkanai 4h, der an seiner Unterseite Durchtrittsöffnungen 10 aufweist, die die Verbindung mit abgewinkelten Strömungskanälen 6h herstellen. Die Strömungskanäle 6h können an dem Nebenkanal 4h geschweisst oder nur gesteckt sein.Fig. 10 shows a section transverse to a Nebenkanai 4h, the has passage openings 10 on its underside, which establish the connection with angled flow channels 6h. The flow channels 6h can be welded or just plugged into the secondary channel 4h.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei allen dargestellten Ausführungsformen die Nebenkanäle zusätzlich zu den Strömungskanälen durch die eine seitliche Flüssigkeitsverteilung bewirkt wird, an ihrer Unterseite mit abstandsweise angeordneten Lochungen versehen sein können, durch die Flüssigkeit direkt oder über Röhrchen nach unten abströmt.It should be noted that in all of the illustrated embodiments the secondary channels in addition to the flow channels through which a lateral liquid distribution is effected can be provided on its underside with spaced perforations through the liquid flows downwards directly or through tubes.

Claims

1. Liquid distributor for a mass and heat exchange column with a number of secondary channels distributed at intervals over the column cross-section, which are connected to the Liquid can be fed from a main channel and have openings for the liquid outlet, characterized in that a number of flow channels are connected to the secondary channels, through which the liquid is carried away laterally and evenly over the column cross-section in the form of liquid jets is distributed.

2. Liquid distributor according to claim 1, characterized in that the flow channels are designed as tubes are.

3. Liquid distributor according to claim 1, characterized in that

shows that the flow channels are designed as channels or troughs.

4. Liquid distributor according to claim 2 or 3, characterized in that that the flow channels are angled or bent downwards.

5. Liquid distributor according to claim 1, characterized in that the flow channels are in at least two rows are arranged one above the other.

6. Liquid distributor according to claim 1, characterized in that the Strör, iungskanäle different lengths on / iron.

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7. Liquid distributor according to claim 1, characterized in that the secondary channels have additional openings have their underside, through which part of the liquid flows directly.