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Verfahren und Vorrichtung zur Durchwirbelung einer Flüssigkeit mit
einem gasförmigen Medium
Es sind viele Verfahren bekannt, bei denen eine intensive
Durchwirbelung einer Flüssigkeit durch ein gasförmiges Medium erforderlich ist.
Solche Verfahrensbedingungen liegen heispielsweise bei der Destillation in Destillierkolonnen.
die mehrere Kolonnenböden bzw. -stufen enthalten. vor, wo die aufsteigenden Dämpfe
die nach unten fließende Flüssigkeit möglichst gut durchwirbeln, jedoch andererseits
möglichst wenig Flüssigkeitsteilchen mitreißen sollen.
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Mit den bisher bekannten Kolonnenböden konnten diese beiden Forderungen
nur schlecht erfüllt werden und hatten überdies den Nachteil, daß durch die gegensinnige
Flüssigkeitsführung eine Störung des Konzentrationsgefälles auftrat.
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Durch das erflndung&gemäßeVerfahren und durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung, die jedoch keineswegs auf die Destilliertechnik beschränkt sind, wird
eine gute Durchwirbelung und eine weitgehende Abscheidun,b der mitgerissenen Flüsfgkeitsteilchen
sowie vorzugsweise eine gleichsinnige Flüssigkeitsströmung erreicht.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zufolge findet der Dampf-Flüssigkeits-Austausch längs einer mit Schlitzen versehenen
Tauchleiste und vorzugsweise bei gleichsinniger Dampf- und Flüssigkeitsführung statt,
durch die ein wesentlich besserer Wirkungsgrad erreicht wird.
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Die Flüssigkeitsführung kann geradlinig oder auch ringförmig ausgebildet
sein. Die Flüssigkeit strömt längs einer Tauchleiste, der Dampf vorzugsweise durch
Schlitze in der Tauchleiste in die Flüssigkeit, und zwar senkrecht zur Flüssigkeitsströmung.
In einem bestimmten Abstand von der Tauchleiste ist ein Leit- bzw. Prallblech vorgesehen.
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Der mit Flüssigkeit vermengte Dampf prallt gegen diese Wand und wird
von ihr zurückgeworfen, so
daß im Flüssigkeitskern feder Phasenaustausch
durch die hierbei auftretende Wirbelbildung begünstigt wird. Infolge der mehrfachen
Richtungsänderung wider Dampfströmung werden die mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen
abgeschieden, so Ædaß geringere Bodenabstände, als normalerweise üblich sind, ermöglicht
werden und damit die Bauhöhe de.r Kolonne beträchtlich herabgesetzt wird. Der Bodenwirkungsgrad
wird daher selbst bei hohen Dampfbelastungen und den erzielten niedrigen Bodenabständen
Idurch mitgerissene Flüssigkeitsteilchen im Arbeitsbereich der bisher gebräuchlichen
Bodenkonstruktion kaum vermindert.
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Das erflndungsgemäße Verfahren kann in entsprechend gestalteten Vorrichtungen
durchgeführt werden. In der Zeichnung sind einige Ausführungs beispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt: Fig. I zeigt einen erfindungslgemfaßen Kolonnenbolden fiir
gleichsinnige Flüssigkeitsführung und im wesentlichen zentrischen Ablaß; Fig. 2
zeigt den zu Fig. 1 gehörenden Grundriß; Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsart
des Kolonnenbodens als Kreisring mit nebeneinanderliegendem Zu- und Ablauf, in dessem
freien Innenraum ein Kolonnenboden beispielsweise nach der Art der Fig. I und 2
eingebaut ist; Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsart eines runden erflndungsgemäßen
Kolonnenbodens mit im wesentlichen zentrischem Zu- und Ablauf für vollkommen gleichsinnige
Flüssigkeitsführung; Fig. 5 zeigt den zu Fig. 4 gehörenden Grundriß; Fig. 6 zeigt
einen der Fig. 4 ähnlichen Boden, bei dem zwar ,die Flüssigkeit im Austauschgebiet
gleichsinnig fließt, jedoch das Konzentrationsgefälle von Stufe zu Stufe nicht vollkommen
ausgenutzt wird; in Fig. 7 ist ein Querschnitt durch eine geradlinige Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßenVerfahrens
dar,gestellt; Fig. 8 zeigt Iden zu Fig. 7 gehörenden Grundriß, und in Fig. 9 ist
das Fußende der geradlinigen Ansführungsart und die Flüsisigkeitsführung von einer
Stufe zur nächsten perspektivisch dargestellt.
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In den Fig. I und 2 ist auf dem tellerförmigen Boden beispielsweise
die mit Schlitzen 2 versehene Tauchleiste 3 befestigt und kann zusammen mit dem
Boden in das Kolonnengehäuse 4 eingesetzt werden. Die Tauchleiste kann aber auch
vom Boden unahbängig sein. Der Zulauf der vom vorherigen Boden 5 ablaufenden Flüs.sigkeit
erfolgt bei 6, und die Flüssigkeit strömt dann in Richtung der Pfeile 7 entlang
der Tauchleiste3, aus deren Öffnungen bzw. Schlitzen 2 der Dampf ausströmt und gegen
das Leit- bzw. Prallblech 8 prallt und dabei die Flüssigkeit stark durchwirbelt.
Die Flüssigkeit läuft dann in Richtung des Pfeiles g über das WehrsIo und fließt
dann durch den Abfluß III, den Kasten 12 und den Rohrstützen I3 zum nächsten Boden
I4.
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In Fig. 3 ist der Kolonnenboden I5 kreisringförmig gestaltet und
die Prallwand I16 vollkommen rund. Die Flüssigkeit fließt bei jI7 zu und dann in
Richtung der Pfeiler8 zum Abfluß 19 und evtl. durch den gestrichelt gezeichneten
darunterliegenden Kasten 20 zum nächsten Boden. Statt des Kastens 20 kann aber auch
der nächste Boden um eine geringe Winkeldrehung versetzt sein, so daß die der Stelle
I7 entsprechende Stelle I7a des nächsten Bodens genau unter 19 zu liegen kommt.
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Durch die Anordnung des Ablaufs im Kreisring selbst geht zwar etwas
von der wirksamen Randaustauschfläche verloren, doch kann dafür im freien Innenraum
der kreisringförmigen Kolonne eine weitere kleinere Kolonnensäule 2I, die sowieso
kleiner ausgeführt werden müßte, untergebracht werden; sie kann vorzugsweise in
der in Fig. I und 2 dargestellten Art sein. Durch eine solche Anordnung wird u.
a. eine erhebliche Raumersparnis erzielt.
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In den Fig. 4 und 5 sind in dem mit der Tauchleiste 22 zusammenwirkenden
Boden 23 sowohl die Zulaufstelle 24 als auch der Ablauf 25 im wesentlichen zentrisch
angeordnet und durch ein Leitblech 26 getrennt. Das Leit- bzw. Prallblech 27 bildet
um den Ablauf 24 herum einen Flüssigkeitsüberlauf.
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Zur Erzielung einer vollkommen gleichsinnigen Flüssigkeitsführung
ist der Boden 23 mit einem Kasten 29 versehen, Dadurch den die Flüssigkeit über
den Rohnsltutzen 30 zum nächsten Boden gelangt.
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In der Fig. 6 ist ein den Fig. 4 und 5 entsprechender erfindungsgemäßer
Boden dargestellt, bei dem der Kasten 29 fehlt und wobei die einzelnen Böden im
Kolonnengehäuse um I800 versetzt angeordnet sind, sodaß, obwohl die Flüssigkeit
in jedem Boden entlang der wirksamen Randzaustauschfläche im gleichen Drehsinn fließt,
in Richtung der Dampf strömung das Konzentrationsgefälle von Boden zu Boden nicht
vollkommen regelmäßig ist.
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In den Fig. 7, 8 und 9 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung fades erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, die
aus vorzugsweise aneinanderfügbaren zellenförmigen, geradlinigen Bauteilen besteht,
in.deren einzelnen Kammern die Flüssigkeit z. B. nach Durchfließen der Kammer I
über ein schräges Wehr 3I, über ein Leitblech 32 und dadurch den Schlitz 33 in die
nächstfolgende, parallel angeordnete, tiefer gelegene Kammer II strömt. Der Schlitz
33 ist so angeordnet, daß nur die Flüssigkeit, jedoch kein Dampf hindurchströmen
kann. Am Ende der Kammer II gelangt die Flü&sigkeit über eine entsprechende,
mit einem Wehr 34 ausgestattete Einrichtung in die nächsttiefer gelegene Kammer
III oder IV.
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Der Dampf tritt unter den hier geradlinig verlaufenden Tauchleisten
35 aus und prallt dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge gegen die Leit-bzw. Prallfläche
36, wodurch die erflndungsgemäßen Effekte erzielt werden. Zur besseren Durchwirbelung
und einer besseren Abscheidung der mitgerisebenen Flüssigkeitsteilchen können auch
noch weitere Prall- bzw. Leitbleche 37, 38 vorhanden sein; solche
können
auch (39 in Fig. I) bei runden Böden augeordnet sein.
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Durch die von diesem Flüssigkeitsstrom nicht berührten Kammern fließt
ein weiterer paralleler Strom, so daß in jeder vertikalen Kammerreihe, die von einem
einzigen Dampfstrom durchströmt wird, die Flüssigkeit stets gleichsinnig fließt
und das Konzentrationsgefälle nicht gestört wird.
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Eine solche sich geradlinig erstreckende Vorrichtung hat u. a. den
großen Vorteil, daß die Wände einzeln gebaut und in beliebiger Zahl aneinandergesetzt
werden können. Zur Erhöhung der Durchgangskapazität können dann stets weitere Wände
bzw. Kammeraggregate angebaut werden bzw. bei Verringerung der Durchsatzmenge einzelne
Kammeraggregate abgeschaltet werden, während bei runder Ausführung die geringere
Menge dann durch sämtliche Kolonnenböden hindurchfließen muß.
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Ein weiterer Vorteil der geradlinigen Ausführung liegt darin, daß
dt Vorrichtung aus dünnen hochwertigen Blechen gebaut werden kann, während etwaige
Aussteifungen usw. nur gewöhnliche Materialgüten zu besitzen brauchen. Statt einer
Aussteifung kann die Kammerzusammenstellung auch in einen ellipsen- oder kreisförmigen
Druckbehälter eingebaut werden.
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Es ist einleuchtend, daß die beschriebenen Vorrichtungen nur als
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dienen und daß sie in ihren Einzelteilen abgeändert werden können, ohne
daß der Rahmen der Erfindung verlassen würde.
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So kann z. B. bei der geradlinigen Ausführungsart die Überleitung
der Flüssiglçeit von Stufe zu Stufe statt durch schräge Bleche 32 auch durch Rohre
erfolgen, wobei bei einer Vorrichtung, bei der die Flüssigkeit alle vertikal untereinander
angeordneten Zellen nacheinander durchströmt, solche Rohre auch die Flüssigkeit
vom Fußende an das Kopfende der Vorrichtung zurückbefördern können.
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Ebenso kann auch Dampfströmung bei runden Böden von innen nach außen
gerichtet sein, falls nur durch erfindungsgemäß angeordnete, vom Dampfeintritt nicht
zu weit entfernte Prall- bzw.
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Leitb,leche die erfindungsgemäßen Effekte erzielt werden.