WO1997039813A1 - Vorrichtung zum verteilen von flüssigkeit in stoffaustauschkolonnen - Google Patents

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WO1997039813A1 PCT/EP1997/001720 EP9701720W WO9739813A1 WO 1997039813 A1 WO1997039813 A1 WO 1997039813A1 EP 9701720 W EP9701720 W EP 9701720W WO 9739813 A1 WO9739813 A1 WO 9739813A1
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Heinrich Steude
Torsten Hauschild
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B01D53/185—Liquid distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D3/008—Liquid distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer

Definitions

  • the invention relates to a device for distributing liquid in mass transfer columns, in which gas or steam flows from bottom to top and liquid from top to bottom, which are equipped with disordered or structured packings, the degassed liquid via liquid collectors being too expensive - And inlet channels can be fed
  • the mass transfer columns are predominantly used in separation technology, such as rectification, distillation, absorption, desorption, gas scrubbing, reactors, etc. for the separation of certain mixtures of substances.
  • separation technology such as rectification, distillation, absorption, desorption, gas scrubbing, reactors, etc.
  • the streaming media namely gas or steam
  • So-called exchange trays are used for this purpose, but also disordered full bodies and ordered packings.
  • the most uniform possible distribution of liquid over the entire cross-section is of the utmost importance for the good effect of the exchange elements used, such as full bodies or packs.
  • channel flows or poor wetting occur within the filler body layers, which in turn increases the effectiveness of the exchange elements used or the funct ion of the exchange columns is considerably restricted or reduced
  • the liquid flowing from a packing bed is collected in a liquid collection and - in the case of an additional liquid supply - with the incoming liquid
  • Liquid flow mixed Via a pipe and / or shaft construction, the liquid is led from the liquid collector into the main channel and / or secondary channels of the distributor. This transfer of the liquid takes place in one or more stages in a closed or open version, but always in the form that the liquid flows according to gravity.
  • liquid gradient which arises on the flow path in the channels leads to different accumulation heights above the outflow openings and thus, above all, to a non-uniform flow with low liquid loads
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned in such a way that a uniform liquid distribution over the entire column cross section in a wide load range regardless of
  • inlet troughs are attached under the pre-distributor troughs and distribution chambers are placed on the inlet troughs, which are connected to the inlet troughs via hydraulically defined openings and the liquid according to the principle of communicating tubes into the distributor chambers from below rises above and can be distributed to the packs via outlet openings and distribution devices.
  • Ring channel or liquid collector attached at any cross-sectional point of the column. It is also advantageous that the outlet openings are provided with downward-pointing, jet-deflecting profiles attached to the outside of the distributor chambers and connect to the outlet tips
  • the device shown in the drawing in a diagrammatic view has an annular channel 1 to which any number of pre-distributor channels 2 are connected. Below such a pre-distributor channel 2, namely arranged transversely to it, there are inlet channels 3 which are connected via an inlet opening 9 in the bottom of the channel 2. There are hydraulically defined openings 5 in a horizontal intermediate wall 10 of these inlet channels 3, with 10 distribution chambers 4 connecting above this intermediate wall.
  • the distribution chambers 4 are with
  • outlet openings 7 through which the liquid can flow downwards via jet-deflecting profiles 6, which are placed on the outside of the distributor chamber 4 as U-shaped channels.
  • drain tips 8 follow in the area of the beam-deflecting profiles 6 and feed the liquid to the fillings or packings
  • the described supply of the liquid via an annular channel 1 into the pre-distribution channels is also possible via a collector arranged in the center of the column and / or further liquid supply points.
  • the free spaces between pre-distribution channels 2 and inlet channels 3 allow the gas to flow unhindered from below stream above

Abstract

Die Vorrichtung dient zum Verteilen von Flüssigkeit in Stoffaustauschkolonnen, in denen Gas bzw. Dampf von unten nach oben und Flüssigkeit von oben nach unten strömt, die mit ungeordneten oder strukturierten Packungen ausgerüstet sind, wobei die entgaste Flüssigkeit über Flüssigkeitssammler (1) zu Vorverteilerrinnen (2) und Zulaufrinnen (3) zuführbar ist. Die Zulaufrinnen (3) sind unter den Vorverteilerrinnen (2) angebracht und auf die Zulaufrinnen (3) sind Verteilerkammern (4) aufgesetzt, die mit den Zulaufrinnen (3) über hydraulisch definierte Öffnungen (5) verbunden sind und die Flüssigkeit nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren in die Verteilerkammern (4) von unten nach oben aufsteigt und über Auslauföffnungen (7) und Verteileinrichtungen (6, 8) auf die Packungen verteilbar ist.

Description

Vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeit in Stoffaustauschkolonnen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeit in Stoffaus- tauschkolonnen, in denen Gas bzw Dampf von unten nach oben und Flüssigkeit von oben nach unten strömt, die mit ungeordneten oder strukturierten Packungen ausgerüstet sind, wobei die entgaste Flüssigkeit über Flussigkeitssammler zu Vorvei - teuer- und Zulaufrinnen zuführbar ist
Die Stoffaustauschkolonnen werden vorwiegend in der Trenntechnik, wie Rektifika- tion, Destillation, Absorption, Desorption, Gaswasche, Reaktoren usw zur Trennung von bestimmten Stoffgemischen eingesetzt Dazu ist es notwendig, daß die stromen¬ den Medien, nämlich Gas oder Dampfe von unten nach oben und Flüssigkeit von oben nach unten standig in gutem Kontakt zueinander sind, d h die Phasengrenzflächen sich standig erneuern Dazu dienen sogenannte Austauschböden aber auch ungeord- nete Fullkorper und geordnete Packungen Gerade bei Füllkörpern und Packungen ist die möglichst gleichmäßige Flussigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt von größter Bedeutung für die gute Wirkung der eingesetzten Austauschelemente, wie Fullkorper oder Packungen Bei ungleichmäßiger Flussigkeitsaufgabe und -Verteilung kommt es innerhalb der Füllkorperschichten zu Kanalstromungen oder auch schlechter Benetzung, was wiederum die Wirksamkeit der eingesetzten Austauschelemente, bzw die Funktion der Austauschkolonnen ganz erheblich einschränkt bzw mindert
Es sind deshalb eine große Anzahl von Flussigkeitsverteilern bekannt, die alle durch mehr oder weniger großen Aufwand versuchen, die notwendige gleichmäßige Flussig- keitsverteilung in den beschriebenen Stoffaustauschkolonnen zu erreichen Die prinzi¬ pielle Funktionsbeschreibung dieser Verteiler zeigt aber auch gleichermaßen deren Nachteile auf
Die aus einem Packungsbett fließende Flüssigkeit wird in einem Flussigkeitssammlei gesammelt und - im Falle eines zusatzlichen Flussigkeitszulaufs - mit dem eintretenden
Flussigkeitsstrom vermischt Über eine Rohr- und/oder Schachtkonstruktion wird die Flüssigkeit aus dem Flussigkeitssammler in den Hauptkanal und/oder Nebenkanale des Verteilers geführt Diese Überführung der Flüssigkeit erfolgt einstufig oder mehrstufig in geschlossener oder offener Ausfuhrung, jedoch immer in der Form, daß die Flüssigkeit der Schwerkraft folgend fließt.
Insbesondere in der offenen Ausführung ergibt sich im Übergang vom Sammler zum Haupt- oder Nebenkanal des Verteilers ein ständiger Vermischungs- und Entgasungs¬ vorgang zwischen Flüssigkeit und umgebenden Gas oder Dampf.
Schließlich findet eine Entgasung im Haupt- oder Nebenkanal des Flüssigkeitsver¬ teilers statt. Dieser Entgasungsvorgang kann zu einer erheblichen Störung in den zahlreichen Verteileröffnungen und damit der Flüssigkeitsaufgabe auf die Packung führen.
Darüberhinaus fuhrt der sich auf dem Fließweg in den Kanälen einstellende Flüssig¬ keitsgradient zu unterschiedlichen Stauhöhen über den Ausflußöffnungen und damit vor allen Dingen bei geringen Flüssigkeitsbelastungen zu einem ungleichmäßigen
Flüssigkeitsausstritt über die Lauflänge der Flüssigkeit in den Kanälen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Kolonnenquerschnitt in einem breiten Belastungsbereich unabhängig von der
Belastung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zulaufrinnen unter den Vorverteilerrinnen angebracht sind und auf die Zulaufrinnen Verteilerkammern aufgesetzt sind, die mit den Zulaufrinnen über hydraulisch definierte Öffnungen verbunden sind und die Flüssigkeit nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren in die Verteilerkammern von unten nach oben aufsteigt und über Auslauföffnungen und Verteileinrichtungen auf die Packungen verteilbar ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Vorverteilerrinnen an einem
Ringkanal oder an jedem beliebigen Querschnittspunkt der Kolonne angebrachten Flüssigkeitssammler angeschlossen sind. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Auslaufoffnungen mit nach unten gerichteten, außen an den Verteilerkammern angebrachten Strahlabweisprofilen versehen sind, an die Ablaufspitzen anschließen
Mit der erfindungsgemaßen Ausführungsform der Vorrichtung wird erreicht, daß die Ausbildung eines Flussigkeitsgradienten, d.h unterschiedliche Flussigkeitshohen in den Verteilerrinnen praktisch vermieden wird und eine gleichmaßige Verteilung der weiterhin entgasten Flüssigkeit über die Ausströmöffnungen auf die Fullkorper oder Packungen erreicht
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels erläutert.
Die in der Zeichnung in schaubildlicher Ansicht dargestellte Vorrichtung weist einen Ringkanal 1 auf, an den eine beliebige Anzahl von Vorverteilerrinnen 2 angeschlossen sind. Unterhalb einer solchen Voreerteilerrinne 2 und zwar quer dazu angeordnet, befinden sich Zulaufrinnen 3, die über eine ZulauföfFnung 9 im Boden der Rinne 2 angeschlossen sind. In einer waagerechten Zwischenwand 10 dieser Zulaufrinnen 3 befinden sich hydraulisch definierte Offnungen 5, wobei sich oberhalb dieser Zwi- schenwand 10 Verteilerkammern 4 anschließen. Die Verteilerkammern 4 sind mit
Auslaufoffnungen 7 versehen, durch welche die Flüssigkeit über Strahlabweisprofile 6, die als U-formige Rinnen außen auf die Verteilerkammer 4 aufgesetzt sind, nach unten ablaufen kann. Dazu schließen sich nach unten hin und zwar im Bereich der Strahl- abweisprofile 6 Ablaufspitzen 8 an, die die Flüssigkeit den Füllkorperfüllungen oder Packungen zufuhren
Die beschriebene Zuführung der Flüssigkeit über einen Ringkanal 1 in die Vorverteil- erkanale ist auch über einen im Zentrum der Kolonne angeordneten Sammler und/oder w-eitere Flussigkeitszulaufstellen möglich Durch die Freiraume zwischen Vorverteiler- rinnen 2, Zulaufrinnen 3 kann das Gas ungehindert von unten nach oben strömen

Claims

Patentansprüche
1) Vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeit in Stoffaustauschkolonnen, in denen Gas bzw Dampf von unten nach oben und Flüssigkeit von oben nach unten strömt, die mit ungeordneten oder strukturierten Packungen ausgerüstet sind, wobei die entgaste Flüssigkeit über Flussigkeitssammler zu Vorverteiler- und Zulaufrinnen zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufrinnen (3) unter den Vorverteilerrinnen
(2) angebracht sind und auf die Zulaufrinnen
(3) Verteilerkammern (4) aufgesetzt sind, die mit den Zulaufrinnen (3) über hydraulisch definierte Offnungen (5) verbunden sind und die Flüssigkeit nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren in die Verteilerkammern (4) von unten nach oben aufsteigt und über Auslauföffnungen (7) und Verteileinrich¬ tungen (6,8) auf die Packungen verteilbar ist
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverteil- errinnen (2) an einem Ringkanal (1) oder an jedem beliebigen Querschnitts¬ punkt der Kolonne angebrachten Flussigkeitssammler angeschlossen sind
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- lauföffnungen (7) mit nach unten gerichteten, außen an den Verteilerkammern
(4) angebrachten Strahlabweisprofilen (6) versehen sind, an die Ablaufspitzen (8) anschließen
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