DE903447C

DE903447C - Replacement tray for columns

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Publication number: DE903447C
Application number: DEK3888D
Authority: DE
Original assignee: WALTER KITTEL DIPL ING
Current assignee: WALTER KITTEL DIPL ING
Priority date: 1936-09-19
Filing date: 1936-09-19
Publication date: 1954-02-08

Description

Austauschboden für Kolonnen Die Aufgabe eines Austauschbodens besteht darin, eine möglichst intensive Berührung zwischen strömender Flüssigkeit und aufsteigendem Dampf zu erreichen, da hierdurch der Grad der Trenn-bzw. Absorptionswirkung des Bodens bedingt ist.Exchange tray for columns The task of an exchange floor exists in it, the most intense possible contact between flowing liquid and rising liquid To achieve steam, as this increases the degree of separation or. Absorption effect of the Is conditioned by the soil.

Mit dieser Forderung verbindet sich im Hinblick auf die Größenabmessung der Kolonnenapparatur der Wunsch nad einer möglichst hohen Belastbarkeit des Bodens bzw. Apparates. Da aber im praktischen Betrieb von Kolonnenapparaten die anfallenden Mengen des zu trennenden Flüssigkeitsgemisches häufig größeren Schwankungen untereworfen sind, ergibt sich mit Rücksicht auf die Reinheit des Erzeugnisses für den Austauschboden die weitere Forderung nach möglichster Konstanz seiner Trennwirkung bei wechselnder Belastung. Ferner ist noch zu beachten, daß die zu trennenden Flüssigkeitsgemische oftmals von Verunreinigungen begleitet sind, die sich auf den einzelnen Böden der Kolonne ablagern und bei längerer Betriebsdauer zu Verstopfungen der Böden verbunden mit Betriebsstörungen, führen können. Schließlich liegt es im Interesse einer guten Ausnutzung der gesamten Bodenfläche, daß die Verteilung der Flüssigkeit auf dem Boden eine möglichst gleichmäßige ist, um eine stellenweise Flüssigkeitsleere des Bodens zu vermeiden.This requirement is connected with regard to the size dimension the column apparatus is the desire nad the highest possible load-bearing capacity of the bottom or apparatus. But since in the practical operation of column apparatus the accumulating Quantities of the liquid mixture to be separated are often subject to major fluctuations is based on the purity of the product for the replacement soil the further requirement for the greatest possible constancy of its separating effect with changing Load. It should also be noted that the liquid mixtures to be separated are often accompanied by impurities that are present on the individual floors of the Deposit column and connected to clogging of the bottoms during prolonged operation with malfunctions. After all, it's in the interests of a good one Utilization of the entire floor area that the distribution of the liquid on the The soil is as even as possible in order to ensure that the water is empty in places Avoid soil.

Keiner der bisherigen Bodenkonstruktionen ist es jedoch gelungen, alle diese Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen. Abgesehen davon, daß die absolute l Höhe der Belastung bei den bisher bekannen Bodenkonstruktionen mit Rücksicht auf die Trennwirkung der Böden nicht über einen verhältnismäßig geringen Betrag gesteigert werden kann, ist es vor allem bis heute nicht gelungen, eine Bodenform zu schaffen, welche unabhängig von ihrer Belastung einen gleichbleibenden Verstärkungsgrad aufweist. However, none of the previous floor constructions has succeeded to meet all of these conditions at the same time. Besides being the absolute l Amount of load with the previously known floor constructions with regard to the separation effect of the floors is not increased by a relatively small amount will can, especially until today, it has not succeeded in creating a bottom shape to create, which regardless of their load, a constant degree of reinforcement having.

Der Gedanke, die schlechte Durchmischung von Flüssigkeit und Dampf, wie sie bei den normalen Glockenböden meist anzutreffen ist, dadurch zu verbessern, daß man die einzelnen Glorleen durch ringförmig ausgebildete und konzentrisch angeordnete Tunnels ersetzt, wobei die auf dem Boden befindliche Flüssigkeit vom Kolonnenumfang zur Kolonnenmitte strömt, scheitert an den ungünstigen Strömungsverhältnissen zwischen Dampf und Flüssigkeit bei höheren Belastungen. Bei dieser Ausführungsart tritt der Dampf aus den Rundtunnels radial nach innen und nach außen aus. Seine Strömungsrichtung ist daher abwechselnd entgegen und gleichgesetzt zu der von außen nach innen wandernden Flüssigkeit. IGleìchzeitig nimmt aber der kreisförmige Durchtrittsquerschnitt des Dampfes von außen nach innen ab während die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit entsprechend der Kontinuitätsgleichung nach innen zunimmt. Diese Faktoren wirlçen zusammen in der Weise, daß der Boden bei größeren Belastungen, d. h. bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten des Dampfes leergeblasen wird, indem die Flüssigkeit durch den in ihrem Sinne strömenden Dampf mitgerissen und damit aus dem Austauschbereich entfernt wird. The thought of the poor mixing of liquid and vapor, as it can usually be found in normal bell bottoms, to be improved by this, that one the individual Glorleen by ring-shaped and concentrically arranged Tunnels replaced, with the liquid on the bottom from the circumference of the column flows to the middle of the column, fails due to the unfavorable flow conditions between Vapor and liquid at higher loads. In this embodiment, the Steam from the round tunnels radially inwards and outwards. Its direction of flow is therefore alternately opposed to and equated with the moving from the outside to the inside Liquid. At the same time, however, the circular passage cross-section of the Vapor from the outside inwards while the flow velocity of the liquid increases inwards according to the continuity equation. These factors work together in such a way that the soil with greater loads, i.e. H. with larger ones Flow velocities of the steam is blown empty by the liquid carried away by the steam flowing in their sense and thus out of the exchange area Will get removed.

Noch ungünstiger wirken sich diese Veiliältnisse aus, wie dies in einem anderen Vorschlag zum Ausdruck gekommen ist, den Boden aus einzelnen konzentrischen Ringen herzustellen, die von außen nach innen kaskadenartig übereinander angeordnet sind, dergestalt, daß der aus ihnen zusammengesetzte Boden einem Stufenkonus gleicht. Die Flüssigkeit wird in diesem Falle der als Auffangtasse ausgebildeten Konusspitze aufgegeben und rieselt über die einzelnen Ringelemente nach dem zuunterst liegenden Außenring herab, von wo aus sie durch radial angeordnete Ablaufrohre dem Zentrum des nächstfolgenden Bodens wieder zugeleitet wird, während der Dampf durch die zylindrischen, an ihren unteren Enden durchbrochenen Teile der einzelnen Ringelemente radial nach außen aus tritt. Diese Anordnungsweise, indem hier von vornherein Dampf und Flüssigkeit in der gleichen Richtung strömen, wirkt sich in der bereits erwähnten Erscheinung des Leerblasens durch den Dampf erfahrungsgemäß noch bedeutend stärker aus, wodurch der Belastbarkeit des Bodens naturgemäß sehr enge Grenzen gezogen sind. These circumstances have an even more unfavorable effect, as shown in Another suggestion has been expressed, the floor from individual concentric Manufacture rings that cascade from the outside to the inside are such that the bottom composed of them resembles a stepped cone. In this case, the liquid becomes the cone tip designed as a collecting cup abandoned and trickles over the individual ring elements to the one at the bottom Outer ring down, from where it reaches the center through radially arranged drainage pipes of the next tray is fed back in, while the steam through the cylindrical, at their lower ends perforated parts of the individual ring elements radially exits outside. This way of arranging, here from the outset vapor and liquid flowing in the same direction affects the phenomenon already mentioned Experience has shown that the blow-out through the steam is even more pronounced, which means The load-bearing capacity of the floor is naturally very limited.

Es sind auch Austauschvorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen zwar auch eine Entgegenführung von Flüssigkeit und Dampf vorliegt, wobei aber, wie beispielsweise bei einer Füllkörperkolonne. Flüssigkeit und Dampf den gleichen zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt beilutzen. Eine derartige Anordnung hat erfahrungsgemäß eine große Betriebsabhängigkeit zur Folge, da bei starken Belastungen die erhöhte Stauwirkung des aufsteigenden Dampfes auf die ablaufende Flüssigkeit sperrend wirkt. There are also exchange devices known in which there is also a contradiction of liquid and vapor, but how for example in a packed column. Liquid and vapor are the same at the same time Use the available flow cross-section. Has such an arrangement Experience has shown that it results in a high level of operational dependency, as it is under heavy loads the increased damming effect of the rising steam on the draining liquid has a blocking effect.

Es wurde nun gefunden, daß bei entsprecliender Anordnungweise der Strömungsrichtungen von Dampf und Flüssigkeit auf einem Austauschboden für Kolonnen, auf dem die Flüssigkeit über den ganzen Boden von Zutrittsstelle zur Ablaufstelle geführt wird und bei dem auf dem ganzen Wege die Zuführungsstellen angeordnet sind, wobei diese aus muidenförmig gestalteten Formelementen bestehen, deren Querschnitt zur Flüssigkeitsströmung liegende Kanten unter überlappung die Dampfdurchtrittsõinungen bilden, also eingangs aufgeführte Forderungen sich in einfacher und sicherer Weise ausführen lassen. It has now been found that with a corresponding arrangement of the Directions of flow of vapor and liquid on an exchange tray for columns, on which the liquid all over the floor from the entry point to the drainage point is guided and where the feed points are arranged along the entire route, these consist of muiden-shaped shaped elements, the cross-section of which Edges lying towards the liquid flow, overlapping the vapor passage lines form, so the requirements listed at the beginning can be found in a simple and reliable manner have it carried out.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, daß die Dampfdurchtrittsstellen so angeordnet sind, daß der Dampf zur Erzielung einer Staues der Flüssigkeit der Strömungsrichtung der Flüssigkeit direkt oder angenähert entgegengefül1rt wird. Dabei geht die Erfindung von dem Gedanken aus, die dem aufsteigenden Dampf innewohnende kinetische Energie in der Weise zu verwenden, daß der Austritt des Dampfes aus dem Boden in die darüber befindliche Flüssigkeitsschicht auf der ganzen Bodrenfläche in dem der Strömungsrichtung der Flüssigkeit entgegengesetztem Sinne erfolgt. Durch die erzielte Stauung der Flüssigkeit durch den ihr entgegenströmenden Dampf wird ihre Verweilzeit auf dem Boden verlängert, während bei allen bisher bekannten Bodenformen die Geschwindigkeit des zur Reaktion kommenden Gases oder Dampfes ohne, oder, wie die angeführten Beispiele zeigen, mitunter von nachteiligem Einfluß auf die Verweil zeit der Flüssigkeit auf den Böden ist, und durch diesen Mangel bei höheren Dampfgeschwind!igkeiten eine Verkürzung der Berührungszeit zwischen Flüssigkeit und Dampf und als Folge ein Nachlassen der Trernwirkung des Bodens eintritt, wird bei dieser Anordnung eine dynamische Kopplung zwischen der Verweilzeit der Flüssigkeit auf dem Boden und der Geschwindigkeit des aufsteigenden Dampfes erreicht, dergestalt, daß eine einer höheren Belastung entsprechende Geschwindigkeit des Dampfes auch einen größeren Flüssigkeitsstau bewirkt. Hierdurch wird entsprechend der größeren Verweilzeit die Berührungszeit zwischen Dampf und Flüssigkeit und damit auch die Trennwirkung des Bodens automatisch auf ihrem ursprünglichen Maß gehalten. Dieser Staueffekt hat außerdem zwangsläufig ein vollkommen gleichmäßiges Arbeiten des Bodens auf seiner gesamten Fläche zur Folge, da sich an allen Stellen des Bodens ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der Stauhöhe der Flüssigkeit und der kinetischen Energie des aus den Austrittsöffnungen des Bodens strömenden Dampfes einstellt. Dies gilt besonders bei Verwendung von Böden mit zentral angeordnetem Ablaufrohr. The idea underlying the invention is that the Steam passage points are arranged so that the steam to achieve a stowage of the liquid directly or approximately counter to the direction of flow of the liquid will. The invention is based on the idea that the rising steam to use inherent kinetic energy in such a way that the exit of the Vapor from the bottom into the layer of liquid above it all over Floor area in the opposite sense to the direction of flow of the liquid he follows. Due to the stagnation of the liquid achieved by the counter-flowing Steam will lengthen its residence time on the ground, while with all previously known Soil shapes the speed of the gas or vapor coming into reaction without, or, as the examples shown, sometimes have a detrimental effect is the residence time of the liquid on the floors, and due to this deficiency at higher vapor velocities reduce the contact time between liquids and steam and, as a result, a decrease in the release effect of the soil occurs in this arrangement there is a dynamic coupling between the residence time of the liquid reached on the ground and the speed of the rising steam, so that a speed of the steam corresponding to a higher load also causes a greater build-up of fluid. This will correspond to the larger Dwell time is the contact time between vapor and liquid and thus also the The separating effect of the soil is automatically kept at its original level. This The damming effect also inevitably results in a completely even working of the floor on its entire surface, as there is a dynamic at all points on the floor Equilibrium between the head of the liquid and the kinetic energy of the steam flowing out of the outlet openings in the floor. this applies especially when using floors with a centrally arranged drain pipe.

Bei der Beurteilung der Strömungsverhältnisse eines derartigen Bodens ist zu beachten, daß der Ablauf der Flüssigkeit von dem Boden analog zu den gebräuchlichen Bodentypen separat, d. h. über ein besonderes getauchtes Ablaufrohr erfolgt, wodurch der Ablauf der Flüssigkeit stets und ganz unabhängig von der Geschwindigkeit des aufsteigenden Dampfes gewährleistet wird, weil, wie bereits beschrieben, die Stauwirkung des aufsteigenden Dampfes nur für die Verweilzeit der Flüssigkeit auf dem Boden selbst von Einfluß ist, ohne jedoch, auch bei sehr großen Geschwindigkeiten, den Ablauf der Flüssigkeit von dem Boden irgendwie zu behindern. When assessing the flow conditions of such a soil it should be noted that the drainage of the liquid from the bottom is analogous to the common soil types separately, d. H. via a special submerged drain pipe takes place, whereby the drainage of the liquid always and completely independent of the speed of the rising steam is guaranteed because, as already described, the Damming effect of the rising vapor only for the residence time of the liquid the ground itself has an influence, but without it, even at very high speeds, somehow obstructing the drainage of the liquid from the bottom.

Die Tatsache, daß die Strömungsrichtungen von Dampf und Flüssigkeit auf dem ganzen Boden einheitlich und eindeutig festgelegt sind, birgt aber noch den weiteren bedeutenden Vorteil in sich, daß in diesem Falle der mit hoher Geschwindigkeit in die Flüssigkeit eintretende Dampf in dieser einen starken stationären Bewegungszustand hervorruft, wodurch neben einer innigen Durchmischung vori Dampf und Flüssigkeit aber auch eine weitgehende Sicherheit gegen Ablagerung von Festteilen gewährleistet wird. Dieser Effekt läßt sich besonders wirksam gestalten, wenn man die Umgebung der Dampfaustrittsstellen muldenförmig ausbildet. The fact that the directions of flow of vapor and liquid are uniformly and clearly defined on the whole floor, but still harbors the further significant advantage that in this case the high speed vapor entering the liquid in this a strong steady state of motion causes, which in addition to an intimate mixing vori vapor and liquid but also ensures a high level of security against the deposition of solid parts will. This effect can be made particularly effective if you look at the surroundings the steam outlet points are trough-shaped.

Hierdurch wird gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit des Bodens erreicht.At the same time, this results in a high mechanical strength of the floor achieved.

Tn der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen schematisch dargestellt, und zwar veranschaulicht Abb. 1 einen Querschnitt durch den aus einzelnen Äfuldenringen gestalteten Austanschboden. In the drawing, the subject matter of the invention is shown in several examples Embodiments shown schematically, namely Fig. 1 illustrates a Cross-section through the exchange floor made from individual Äfuldenrings.

Abb. 2 die dazugehörige Draufsicht: Abb. 3 stellt im vergrößerten Maßstabe den Querschnitt durch eine Mufde dar mit den dahei sich ergebenden Strömungseffekten; Abb. 4 stellt vier verschiedene Formen der Dampfaustrittsöffnungen dar; Abb. 5 veranschaulicht den Querschnitt durch einen sektorartig aufgeteilten Austauschbodell. während Abb. 6 die dazugehörige Draufsicht darstellt; Abb. 7 veranschaulicht den Querschnitt durch einen Austauschboden mit parallel zueinander verlaufendem Muldenkörper, während Abb. 8 die dazugehörige Draufsicht darstellt. Fig. 2 shows the corresponding top view: Fig. 3 shows an enlarged Scale shows the cross-section through a mullet with the resulting flow effects; Fig. 4 shows four different shapes of the steam outlet openings; Fig. 5 illustrates the cross-section through an exchange floor divided into sectors. while Fig. Figure 6 shows the associated top view; Fig. 7 illustrates the cross section by an exchange base with a trough body running parallel to one another, while Fig. 8 shows the associated top view.

Bei der Ausführungsform des Austauschbodens nach den Abb. I bis 4 besteht dieser aus konzentrisch zueinander angeordneten, dachziegelartig übereinandergreifenden muldenförmig gestalteten Rinnen I. Dabei sind die Durchtrittsstellen für die Dämpfe so ausgebildet, daß der Dampf der Strömungsriclltung der Flüssigkeit direkt oder angenähert entgegengeführt wird, wodurch eine Stauung der Flüssigkeit entsteht. Dieses geht aus der Abb. 3 deutlich hervor. Um eine innige Durchmischung und Verteilung des Dampfes in der Flüssigkeit zu erzielen, sind die Dampfaustrittsstellen 2 der überlappenden Kanten, wie dies aus Abb. 4 hervorgeht, verschiedenartig profiliert. In the embodiment of the replacement floor according to Figs. I to 4 this consists of concentrically arranged, roof-tile-like overlapping Trough-shaped grooves I. These are the points of passage for the vapors designed so that the vapor of the flow direction of the liquid directly or is approximated in the opposite direction, which creates a stagnation of the liquid. This can be clearly seen in Fig. 3. An intimate mixing and distribution To achieve the steam in the liquid, the steam exit points 2 are the overlapping edges, as shown in Fig. 4, profiled differently.

Wie aus Abb. 5 und 6 hervorgeht, kann der Austauschboden aber auch in sektorförmige Abschnitte 3 unterteilt sein, bei denen ebenfalls die Dampfaustrittsstellen, wie dies aus Abb. 4 hervorgeht, profiliert sind. Um eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über den ganzen Boden herbeizufùhren, und um einer eventuell entstehenden Zentrifugalwirkung der Flüssigkeit entgegenzuarbeiten, werden die Strömungsquerschnitte des Dampfes an den einzelnen Bodenstellen zweckmäßig vergrößert bzw. verkleinert. As can be seen from Fig. 5 and 6, the replacement floor can also be divided into sector-shaped sections 3, in which also the steam outlet points, as can be seen from Fig. 4, are profiled. To ensure an even distribution to bring the liquid all over the floor, and to avoid any that may arise To counteract the centrifugal effect of the liquid, the flow cross-sections are of the steam expediently increased or decreased at the individual bottom locations.

Aus Abb. 7 und 8 ist eine Anordnung ersichtlich, bei der die muldenförmigen Rinnenkörper 4 parallel zueinander angeordnet sind. From Fig. 7 and 8 an arrangement can be seen in which the trough-shaped Channel body 4 are arranged parallel to each other.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Replacement tray for columns on which the liquid all over the floor from the access point to the drainage point and where on all the way steam supply points are arranged, consisting of trough-like designed form elements (I), the edges of which are transverse to the liquid flow (2) form the steam passage openings with an overlap, characterized in that that the steam penetration points are arranged so that the steam to achieve a stagnation of the liquid directly or approximated to the direction of flow of the liquid is countered.

2. Exchange tray for columns according to claim I, characterized in that that the individual trough bodies have a concentric or sector-like (3) or parallel (4) have mutually extending arrangement.