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Kontaktverfahren und Vorrichtung, um eine Flüssigkeit mit einem Gas
in Berührung zu bringen
Die Erfindung betrifft ein Kontaktverfahren, um eine Flüssigkeit
mit einem Gas in Berührung zu bringen, beispielsweise in einem Destillations- bzw.
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Rektifikationsvorgang, und betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens.
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Es sind I(ontaktverfahren bekannt, bei denen eine Flüssigkeit über
einen Austauschboden fließt, durch dessen oeffnungen die Flüssigkeit für gewöhnlich
abwärts fließen würde, bei welchem jedoch Gas oder Dampf durch die Offnungen des
Bodens und durch die darüberfließende Flüssigkeit hindurch aufwärts geleitet wird,
wodurch ein Abwärtsfließen der Flüssigkeit durch die Öffnungen verhütet wird.
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Diesen bekannten Verfahren gegenüber kennzeichnet sich das erfindungsgemäße
Verfahren dadurch, daß ein gesonderter Gas- oder Dampfstrom über die Oberfläche
der Bodenaustauschfliissigkeit geblasen wird, wodurch der iiber den Austauschboden
fließ enden Flüssigkeit eine zusãtzliche waagerechte Bewegung oder ein zusätzlicher
waagerechter Schub erteilt wird.
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Dabei dient als gesonderter Gasstrom oder Dampfstrom ein Teil der
in der Kolonne aufsteigenden Gase oder Dämpfe. der jedem Boden jeweils aus dem unterhalb
der einzelnen Austauschböden befindlichen Gas- oder Dampfraum zugeführt wird.
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Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens kennzeichnet sich durch
eine Kolonne, in welcher Austauschböden, bestehend aus Prallplatten mit Gasdurchlässen,
Flüssigkeitsablaufwänden und einer Gaszuführungsleitung um I80 Winkelgrade zueinander
versetzt angeordnet sind.
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Bei einer Kolonne mit Glockenböden, die aus Glockenstutzen, Glockenkappen,
Einlaufwehr, Ablaufwehr und Gaszuführungsleitungen stehen,
sind
die Glockenböden um I80 Winkelgrade zueinander versetzt.
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Bei einer Kolonne aus Siebböden mit Flüssigkeitsablaufwänden, Ablaufwehr,
Einlaufwehr und -Gaszuführleitungen sind diese Siebböden ebenfalls um Iso Winkelgrade
zueinander versetzt angeordnet.
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Beim Dephlegmieren, Fraktionieren oder Destillieren ist es notwendig,
daß die Flüssigkeit und die Gase miteinander gründlich gemischt werden, um die gewünschte
Wirkung zu erzielen. Die Gründlichkeit, mit der die beiden Phasen gemischt werden,
bestimmt in weitem Ausmaße den Wirkungsgrad der Fraktionierung. Beim Destillieren
oder Fraktionieren ist es wichtig, daß das Vermischen der Dämpfe und Flüssigkeiten
leicht durchgeführt wird, so daß weit veränderliche Flüssigkeits- und Dampfmengen
zur Anlage hin und von der Anlage weg geführt werden können. Die Erfindung findet
besondere Anwendung bei der Olraffinierung, wo das Fraktionieren und das Dephlegmieren
in großem Maßstabe ausgeführt wird, um die verschiedenen Kohlenwasserstofffraktionen
voneinander zu trennen. In der Zeichnung ist Fig. I ein senkrechter Teilschnitt
eines Teiles eines gemäß einer Ausführung der Erfindung aufgebauten Kolonne, Fig.
2 ein Schnitt nach Linie 2'-2' der in Fig. I dargestellten Kolonne, Fig. 3 ein senkrechter
Schnitt einer gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung abgeänderten Form des
Austauschbodens, und Fig. 4 ist ein senkrechter Teilschnitt einer gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung aufgebauten Kolonne.
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In Fig. I ist eine Kolonne 10 üblicher zylindrischer Ausführung dargestellt.
Einrichtungen (nicht dargestellt) sind vorgesehen, um zu fraktionierenden Dampf
in den Fußteil der Kolonne einzuführen, und Einrichtungen (ebenfalls nicht dargestellt)
sind vorgesehen, um die voneinander ge trennten Dampf- und Flüssigkeitsbestandteile
abzuleiten und Rückfluß zuzusetzen, wie dies in der Technik bekannt ist. Innerhalb
der Kolonne 10 liegt eine Anzahl waagerecht gerichteter und senkrecht auf Abstand
gesetzter Austauschböden 12 und 14, von denen jeder im wesentlichen über die ganze
Breite der Kolonne sich erstreckt und die Kolonne in eine Anzahl Dampfzonen I6,
Is und 20 unterteilt. Bei der in den Fig. I und 2 dargestellten Ausführung wird
der Austauschboden I2 (beispielsweise) von einem ringförmigen Flansch 22 getragen,
der an den Seitenwänden des Austauschbodens in mehreren getrennten Abschnitten,
von denen in Fig. 2 vier Abschnitte dargestellt sind, angeschweißt oder anderweitig
befestigt ist. Der Ilauptteil des Austauschbodens I2 besteht aus einer Anzahl langgestreckter
Prallplatten 24, deren Enden durch Anschweißen oder Anschrauben mit den Tragplatten
29 und 30 verbunden sind. Wie aus Fig. 2 erkenntlich, tragen die Mittelabschnitte
an ihren Enden flache Tragplatten 30, die Mittel enthalten, um die verschiedenen
Abschnitte miteinander zu verbinden, so daß sie den gewünschten Austauschboden bilden.
Die Außenenden der außenliegenden Abschnitte besitzen gebogene Tragplatten 29, die
sich den Seitenwänden der Kolonne anpassen und als Mittel dienen, um den Austauschboden
an dem ringförmigen Flansch 22 zu befestigen. Bei der in Fig. I dargestellten Abänderung
stehen die Prallplatten 24 im Abstand voneinander und überlappen sich. Die Prallplatten
haben im Querschnitt die Form eines abgeflachten S, obwohl auch andere Formen ausgeführt
werden können.
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Die Prallplatten 24 stehen im Abstand voneinander, so daß den Austauschboden
durchsetzende langgestreckt Dampf- oder Gasdurchlässe 26 gebildet werden. An der
oberen Oberfläche jeder Prallplatte ist eine langgestreckte durchlochte Platte oder
ein Sich 28 befestigt. Diese Platten erstrecken sich ungefähr in senkrechter Richtung
im wesentlichen über die ganze Breite jedes Austauschbodens. Die Platten 28 können
ebenfalls an den zugehörigen Endplatten 29 befestigt sein.
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Eine Einrichtung ist vorgesehen, um Flüssigkeit auf die obere-Oberfläche
jedes Austauschbodens zu leiten. Diese Einrichtung besteht aus einem Ablauf 32,
der zwischen den Seitenwänden der Kolonne 10 und einem Blechstück 34 gebildet wird,
das von dem unmittelbar darüberliegenden Austauschboden herkommt und an seinem oberen
Ende in solcher Weise gebogen sein kann, daß sein oberes Ende eine der Prallplatten
24 bildet. Unterhalb des Ablaufs 32 ist der Austauschboden 12 zu einer Abschlußpfanne
36 umgebildet, die ein durchlochtes Wehr 38 enthält. Die durch den Ablauf 32 abfließende
Flüssigkeit sammelt sich also in der Abschlußkammer 36, bis die Flüssigkeit etwas
oberhalb der Unterkante der Platte 34 steht, woranf die Flüssigkeit aus der Pfanne
36 heraus durch die Durchlochungen des Wehrs 38 hindurch auf den Austauschboden
12 fließt. Die Durchlochungen im Wehr 38 können gewünschtenfalls weggelassen werden;
die Flüssigkeit fließt dann auf den Austauschboden über das Wehr weg. Wie aus der
nachstehenden Beschreibung erkenntlich, wird das Wehr 38 jedoch vorzugsweise mit
Lochungen versehen, um eine erste Unterteilung der durch das Wehr hindurchströmenden
Flüssigkeit zu erzielen.
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Beim Arbeiten der bisher beschriebenen Kolonne werden Dämpfe ständig
von einem unteren Abschnitt der Kolonne zu einem oberen Abschnitt der Kolonne durch
die aufeinanderfolgenden Zonen 20, 18 und 16 hindurchgeleitet. In jedem Falle steigen
die Dämpfe aufwärts durch die zwischen den Prallwänden 24 gebildeten Durchlässe
26 hindurch. Die Dämpfe können nicht durch die verschiedenen Abläufe 32 hindurchströmen.
da die Abläufe durch die Abschlußpfannen 36 wirksam abgeschlossen sind. Bei lebhaften
Destillationen oder Fraktionierungen durchströmt der Dampf mit beträchtlicher Geschwindigkeit
aufwärts die Durchlässe 26. Zu gleicher Zeit wird Flüssigkeit aus einer oberhalb
eines Austauschbodens liegenden Zone auf den Austauschboden durch den Ablauf 32
zugeführt und fließt aus dem - Wehr 38 nach den Prallplatten 24
hin.
Die Flüssigkeit strömt über den Austauschboden dem nächstunteren Ablauf zu, um über
einen darunterliegenden Austauschboden gleicher Ausführung wegzufließen.
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Um die Bewegung der Flüssigkeit über den Austauschboden hinweg und
durch die verschiedenen Siebe 28 hindurch zu unterstützen, ist gemäß der Erfindung
die nachstehend beschriebene Einrichtung vorgesehen, um einen waagerechten Schub
auf die Flüssigkeit auszuüben, die dem Austauschboden über oder durch das Wehr 38
hindurch zugeführt ist. Diese den Schub erteilende Einrichtung besteht aus einer
Leitung 40, die die Verbindung zwischen den Zonen i8 und I6 herstellt. Diese Leitung
40 ist von langgestreckter Form und hat eine offene Austrittsmündung, die sich im
wesentlichen über die gesamte Länge des Wehres 38 erstreckt. Vorzugsweise enthält
die Leitung 40 zwei auf Abstand stehende Prallplatten 42 und 44, die dazu dienen,
den durch die Leitung 40 austretenden Dämpfen die gewünschte waagerechte Richtung
zu verleihen.
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Gewünschtenfalls kann die obere Endkante der die I,eitunlg 40 begrenzenden
Platte 46 mit einer Anzahl Lochungen 48 versehen sein, die dahin wirken, den über
das Wehr wegströmenden oder durch das Wehr 38 hindurchtretenden Flüssigkeitsstrom
aufzuteilen. In gleicher Weise kann die Prallplatte 44 gewünschtenfalls mit einer
Anzahl Lochungen 50 versehen sein.
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Die Leitung 40 steht mit einer tieferen Zone 18 in Verbindung und
vermag deshalb durch ihre langgestreckte Öffnung hindurch einen Strom von Dämpfen
über den Austauschboden 12 hinweg in Richtung der Senkrechtbewegung der über den
Austauschboden fließenden Flüssigkeit zu leiten.
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Die Dämpfe treiben auf diese Weise die Flüssigkeit über den Austauschboden
und verhindern eine wesentliche Ansammlung von Flüssigkeit an demjenigen Ende oder
an derjenigen Seite, an der die Flüssigkeit zugeführt wird. Beim Arbeiten jedes
Austauschbodens wird die Flüssigkeit zuerst über das Wehr 38 geleitet und dann durch
die aus der Leitung 40 austretenden Dämpfe in waagerechter Richtung weitergeleitet,
so daß sie gegen das mit Lochungen versehene erste Sieb 28 aufprallen. Die Dämpfe
streichen weiter durch das Sieb hindurch, während ein wesentlicher Teil der Flüssigkeit
unter der Schwerewirkung an dem Sieb auf derjenigen Seite nach unten strömt, die
neben dem nächsten Sieb liegt. L)ie Flüssigkeit fließt auf eine Prallplatte 24 auf,
wird erfaßt und gegen das nächste Sieb durch diejenigen Dämpfe geschleudert, die
den nächsten Durchlaß 26 durchströmen. Ein waagerechter Schub oder Druck wird ebenfalls
durch die aus der Leitung 40 austretenden Dämpfe ausgeübt. Dieser Vorgang wiederholt
sich, bis die Flüssigkeit am anderen Ende des Austauschbodens abläuft.
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Der über den Austauschboden strömende, waagerecht sich bewegende
Dampfstrom verhütet das Ansammeln von Flüssigkeit neben dem Aufgabeende des Austauschbodens.
Dies ermöglicht ein wirksameres Arbeiten, da die ganze Fläche des Austauschbodens
arbeitet. Je nach den Betriebsbedingungen können natürlich die relativen Größen
und Abmessungen des Bodens weitgehend geändert werden.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt,
gemäß der die hier angegebenen Verbesserungen auf eine Glockenkolonne angewendet
sind. Bei dieser Ausführung der Vorrichtung enthält die Kolonne 52 eine Anzahl von
Glockenböden 54 üblicher Art, die eine Anzahl auf Abstand gesetzter, aufwärts gerichteter,
offener Glockenstutzen 56 aufweisen, die durch die üblichen Glockenkappen 58 abgedeckt
sind, die mit geeigneten Schlitzen (nicht dargestellt) versehen sein können. Flüssigkeit
wird dem Glockenboden durch einen Ablauf 60 zugeleitet, an dessen Boden sich eine
Abschlußpfanne 62 befindet, die durch eine Seitenwand einer Prallplatte 64 und durch
ein mit Lochungen versehenes Wehr 68 begrenzt wird.
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Flüssigkeit strömt von dem Glockenboden 54 über ein Ablaufwehr 70
ab, das lediglich ein Ansatz oder eine Verlängerung des Bleches ist, das mit den
Seitenwänden der Kolonne zusammenarbeitet, um den nächsten Ablauf 72 zu bilden.
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Wie aus Fig. 3 erkenntlich, ist eine langgestreckte Gaszuführleitung
66 vorhanden, die die Verbindung zwischen einer unteren Zone 74 und einer oberen
Zone 76 herstellt. Vorzugsweise ist die Leitung 66 langgestreckt, wodurch Dampf
oder Gas in waagerechter Richtung ausströmt. Innerhalb der Leitung 66 können auch
Prallplatten 78 und 8c vorgesehen sein um den aus der Leitung 66 austretenden Gasen
eine waagerechte Richtung über die Oberfläche des Glockenbodens 54 zu verleihen.
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Vorzugsweise werden die (nicht dargestellten) Öffnungen zwischen Glockenstutzen
und Glockenkappe der Glocken. die der Leitung 66 am nächsten liegen, verstopft,
damit die aus der Leitung 66 austretenden Gase oder Dämpfe nicht durch diese Öffnungen
zurückströmen und dadurch den Flüssigkeitsstrom iiber die Platte hinweg vermindern.
Die Arbeitsweise dieser Abänderung dürfte aus der obigen Beschreibung ersichtlich
sein. Die Flüssigkeit strömt auf den Glockenboden durch den Ablauf 6c über oder
durch das Wehr 68. An dieser Stelle kommt die Flüssigkeit mit den Dämpfen in Berührung,
die mit großer Geschwindigkeit die Leitung 66 durchströmen, wodurch die Flüssigkeit
quer über den Glockenboden gedriickt wird, während der andere Teil der Dämpfe von
Zone 74 zur Zone 76 durch die Glockenkappen 58 hindurchströmt.
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In Fig. 4 ist die Vorrichtung in Verbindung mit einem Siebboden 82
gezeigt, der sich im wesentlichen über das Innere der Kolonne 84 erstreckt.
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Beim Arbeiten dieser Vorrichtung fließt Flüssigkeit durch den Ablauf
86 hindurch in die Abschlußkammer 88 hinein und durch oder über das Sieb go auf
die Siebböden 82. Die Flüssigkeit fließt dann über die Siebböden 82 hinweg und wird
dabei durch Dampfströme unterstützt, die in waagerechter Richtung über die Oberflächen
der Siebböden 82 von der Leitung 92 aus hinwegstreichen. Die Gase, die mit verhältnismäßig
großer Geschwindigkeit
aufwärts durch die in dem Siebboden 82 vorhandenen
Lochungen hindurchströmen, verhüten, daß Flüssigkeit durch die Siebböden hindurchläuft.
Für gewöhnlich wird also die Flüssigkeit von dem Siebboden 82 über ein Wehr 94 abgeführt
und fließt in den nächstfolgenden Ablauf 86 ein. Der die Leitung 92 durchströmende
zusätzliche Strom von Gasen und Dämpfen verhütet das Ansammeln von Flüssigkeit neben
dem Sieb go.
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Durch die beschriebene Arbeitsweise wird auf jedem Boden eine intensive
Berührung zwischen der Flüssigkeit und den Dämpfen erzielt, und der Druckabfall
über jeden Boden hinweg wird wesentlich vermindert. Hierdurch vermag die Kolonne
ungewöhnlich große Mengen von Flüssigkeit aufzunehmen, ohne daß dadurch das Dampffassungsvermögen
der Kolonne wesentlich verkleinert wird.
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Bei einer Kolonne gemäß der Erfindung werden die Dämpfe und Flüssigkeiten
zwangläufig miteinander in Berührung gebracht, und es besteht für das Gas und die
Flüssigkeit keine Gelegenheit, sich innerhalb dieses Systems in Nebeuströmen zu
bewegen.
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Dies hat eine wirksamer.e Fraktionierung auf dem jeweiligen Boden
zur Folge.