WO2017211790A1 - Bottom for a mass-transfer column, mass-transfer column, and use of the bottom - Google Patents

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WO2017211790A1 PCT/EP2017/063664 EP2017063664W WO2017211790A1 WO 2017211790 A1 WO2017211790 A1 WO 2017211790A1 EP 2017063664 W EP2017063664 W EP 2017063664W WO 2017211790 A1 WO2017211790 A1 WO 2017211790A1
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Bernd Metzen
Ortmund Lang
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Basf Se
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
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    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/22—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal sieve plates or grids; Construction of sieve plates or grids

Abstract

The invention relates to a bottom for a mass-transfer column, comprising openings (3), wherein a deflection element (11) is positioned above each opening (3) such that each opening (3) has a first free cross-sectional area on the underside of the bottom (1) and a second free cross-sectional area between the surface of the bottom (1) and the deflection element (11), wherein the bottom (1) also has openings (5) without a deflection element. The invention further relates to a mass-transfer column containing at least one such bottom.

Description

BODEN FÜR EINE STOFFAUSTAUSCHKOLONNE SOWIE STOFFAUSTAUSCHKOLONNE,  FLOOR FOR A STOCK EXCHANGE COLUMN AND STOCK EXCHANGE COLUMN,
UND VERWENDUNG DES BODENS  AND USE OF THE SOIL
Beschreibung description
Die Erfindung geht aus von einem Boden für eine Stoffaustauschkolonne mit Öffnungen, wobei oberhalb jeder Öffnung ein Umlenkelement positioniert ist, so dass jede Öffnung eine Eintrittsfläche an der Unterseite des Bodens und mindestens zwei Austrittsflächen zwischen der Oberfläche des Bodens und dem Umlenkelement aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Stoffaustauschkolonne sowie eine Verwendung des Bodens. The invention is based on a bottom for a mass transfer column having openings, wherein a deflecting element is positioned above each opening, so that each opening has an entry surface on the underside of the bottom and at least two exit surfaces between the surface of the bottom and the deflecting element. The invention further relates to a mass transfer column and a use of the soil.
Stoffaustauschkolonnen können in allen Verfahren eingesetzt werden, in denen eine Gasphase und eine Flüssigphase miteinander in Kontakt gebracht werden sollen. Entsprechende Verfahren sind zum Beispiel Destillationsverfahren, Rektifikationsverfahren, Kondensationsverfahren oder Absorptionsverfahren. Um einen guten Kontakt von Flüssigphase und Gasphase zu erhalten, enthalten die eingesetzten Stoffaustauschkolonnen üblicherweise Einbauten. Derartige Einbauten sind zum Beispiel Böden, strukturierte Packungen oder Füllkörperschüttungen. Wenn als Einbauten Böden eingesetzt werden, so ist die Form und Gestalt der Böden abhängig von dem durchgeführten Verfahren. Bei den eingesetzten Böden wird dabei unterschieden in solche mit einer Zwangsführung der Flüssigkeit und solchen ohne eine Zwangsführung. Böden mit einer Zwangsführung weisen mindestens einen Ablaufschacht für Flüssigkeit auf, durch den die Flüssigkeit auf den darunter liegenden Boden abläuft. Der Ablaufschacht wirkt hierdurch gleichzeitig als Zulauf für den Boden, der unter dem Ablaufschacht positioniert ist. Um die Zwangsführung der Flüssigkeit zu erhalten, sind die Ablaufschächte übereinander liegender Böden üb- licherweise an gegenüberliegenden Positionen angeordnet. Demgegenüber weisen Böden ohne eine Zwangsführung der Flüssigkeit keine separaten Ablaufschächte auf. Die Flüssigkeit läuft vielmehr durch Öffnungen im Boden auf den darunter liegenden Boden ab. Derartige Böden ohne eine Zwangsführung der Flüssigkeit werden auch als Dual-Flow-Böden bezeichnet. Diese Böden werden insbesondere bei Verfahren eingesetzt, die eine hohe Neigung zur Ver- schmutzung haben. Mass transfer columns can be used in all processes in which a gas phase and a liquid phase are to be brought into contact with each other. Corresponding processes are, for example, distillation processes, rectification processes, condensation processes or absorption processes. In order to obtain a good contact of liquid phase and gas phase, the mass transfer columns used usually contain internals. Such internals are, for example, trays, structured packings or random packings. If trays are used as internals, the shape and shape of the trays depends on the process carried out. In the case of the floors used, a distinction is made between those with forced guidance of the liquid and those without positive guidance. Floors with a positive guide have at least one drainage channel for liquid through which the liquid drains to the soil below. The downcomer acts as a feed to the soil, which is positioned below the downcomer. In order to obtain the positive guidance of the liquid, the drainage shafts of superimposed trays are usually arranged at opposite positions. In contrast, soils without forced guidance of the liquid do not have separate drainage shafts. Rather, the liquid drains through openings in the soil to the underlying soil. Such trays without positive guidance of the liquid are also referred to as dual-flow trays. These soils are used in particular in processes which have a high tendency to soiling.
Stoffaustauschkolonnen mit Dual-Flow-Böden sind beispielsweise in der WO-A 03/043712 oder in der WO-A 2004/063138 beschrieben. Hierbei werden vorzugsweise Siebböden als Dual- Flow-Böden eingesetzt. Mass transfer columns with dual-flow trays are described, for example, in WO-A 03/043712 or in WO-A 2004/063138. In this case, sieve trays are preferably used as dual-flow trays.
Damit die Flüssigkeit vom Boden ablaufen kann, ist es bei Dual-Flow-Böden erforderlich, dass die Öffnungen im Boden keinen Kamin aufweisen. Bei Kaminen ist immer Flüssigkeit auf dem Boden, da die Flüssigkeit erst oberhalb der Oberkante des Kamins in die vom Kamin umschlossene Öffnung ablaufen kann. Derartige Öffnungen mit Kaminen weisen zum Beispiel üb- liehe Ventilböden wie Glockenböden oder Tunnelböden auf. Verschiedene Gestaltungen von Böden sind zum Beispiel in Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 2, Verfahrenstechnik I (Grundoperationen), Verlag Chemie, Weinheim, 1972, Seiten 519 bis 521 beschrieben. Um bei Böden mit Öffnungen ohne Kaminen eine längere Kontaktzeit von Gas und Flüssigkeit zu erhalten, ist es einerseits möglich, den Hold-up, das heißt, die Menge der Flüssigkeit auf dem Boden zu erhöhen. Zum Anderen ist zum Beispiel aus US-A 5,360,583 oder DE-T 694 12 578 bekannt über den Öffnungen feststehende Elemente zu positionieren, um die Gasströmung umzuleiten, so dass diese nicht direkt senkrecht nach oben durch die Flüssigkeit aufsteigt sondern zunächst parallel zur Oberfläche des Bodens aus den zwischen feststehendem Element und Boden gebildeten Austrittsflächen in die Flüssigkeit einströmt, wobei dann aufgrund der geringeren Dichte des Gases eine Strömungsumlenkung erfolgt und das Gas nach oben auf- steigt. Diese Strömungsführung führt zu einer verlängerten Kontaktzeit des Gases mit derIn order for the liquid to drain from the bottom, dual-flow trays require that the openings in the bottom have no chimney. In the case of fireplaces there is always liquid on the floor, as the liquid can only drain into the space enclosed by the chimney above the upper edge of the chimney. Such openings with chimneys have, for example, conventional valve bottoms such as bubble cap trays or tunnel bottoms. Various designs of soils are described, for example, in Ullmann's Encyclopadie der technischen Chemie, 4th Edition, Volume 2, Process Engineering I (Basic Operations), Verlag Chemie, Weinheim, 1972, pages 519 to 521. In order to obtain a longer contact time of gas and liquid in soils with openings without chimneys, it is on the one hand possible to increase the hold-up, that is, the amount of liquid on the ground. On the other hand, it is known, for example, from US-A 5,360,583 or DE-T 694 12 578 known to position over the openings fixed elements to redirect the gas flow, so that it does not rise directly vertically upwards through the liquid but initially parallel to the surface of the soil flows out of the exit surfaces formed between the fixed element and bottom into the liquid, in which case due to the lower density of the gas, a flow deflection takes place and the gas rises upwards. This flow guidance leads to a prolonged contact time of the gas with the
Flüssigkeit und damit insbesondere bei Kondensationsverfahren und Absorptionsverfahren zu einem verbesserten Wirkungsgrad. Beispiele solcher Böden mit Öffnungen mit einem feststehenden Element sind auch aus EP-B 1 015 087 oder US-A 2005/0280169 bekannt. Ein Vergleich der Eigenschaften von Siebböden und von Böden mit Öffnungen mit darüber positionier- tem feststehendem Element ist beispielsweise in D. Nutter et al.,„V-Grid™ fixed valve vs. sieve tray Performance", Inst, of Chem. Eng., Symp. Ser. 2 (1997) 142, Seiten 799 bis 808, beschrieben. Liquid and thus in particular in condensation and absorption processes to an improved efficiency. Examples of such floors having openings with a fixed element are also known from EP-B 1 015 087 or US-A 2005/0280169. A comparison of the properties of perforated trays and trays with openings with a fixed element positioned above them is for example in D. Nutter et al. sieve tray Performance ", Inst, of Chem. Eng., Symp. Ser. 2 (1997) 142, pp. 799-808.
In J. Zhang et al.,„Experimental study of two phase flow characteristics on the dual-flow tray", Chemical Engineering Research and Design 102, 2015, Seiten 90 bis 99, werden verschiedene Geometrien von Dual-Flow Böden und deren Eigenschaften miteinander verglichen. In J. Zhang et al., "Experimental study of two-phase flowcharacteristics on the dual-flow tray", Chemical Engineering Research and Design 102, 2015, pages 90 to 99, different geometries of dual-flow trays and their properties are interrelated compared.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Boden für eine Stoffaustauschkolonne bereitzustellen, mit dem gegenüber den bekannten Böden eine längere Kontaktzeit und damit ein besserer Bodenwirkungsgrad unter Beibehaltung der Eigenschaften hinsichtlich Verschmutzung, erzielt werden kann. The object of the present invention was to provide a bottom for a mass transfer column, with which compared with the known soils a longer contact time and thus a better soil efficiency while maintaining the properties with respect to contamination, can be achieved.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Boden für eine Stoffaustauschkolonne mit Öffnungen, wobei oberhalb jeder Öffnung ein Umlenkelement positioniert ist, so dass jede Öffnung eine erste freie Querschnittsfläche an der Unterseite des Bodens und eine zweite freie Querschnittsfläche zwischen der Oberfläche des Bodens und dem Umlenkelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden weiterhin Öffnungen ohne Umlenkelement aufweist. This object is achieved with a bottom for a mass transfer column with openings, wherein above each opening a deflecting element is positioned so that each opening has a first free cross-sectional area at the bottom of the bottom and a second free cross-sectional area between the surface of the bottom and the deflecting element, characterized in that the bottom further comprises openings without deflecting element.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei einer Kombination aus Öffnungen, oberhalb denen ein Umlenkblech positioniert ist, und Öffnungen ohne Umlenkblech ein höherer Hold-up, das heißt ein größere Menge an Flüssigkeit auf einem Boden, unter gleichen Betriebsbedingungen der Kolonne erzielt wird. Der höhere Hold-up führt gleichzeitig zu einer längeren Kontaktzeit von Gas und Flüssigkeit, was insbesondere bei Absorptionsprozessen und Kondensationsprozessen bevorzugt ist. Surprisingly, it has been found that in a combination of openings, above which a baffle is positioned, and openings without baffle a higher hold-up, that is, a greater amount of liquid on a floor, is achieved under the same operating conditions of the column. The higher hold-up leads at the same time to a longer contact time of gas and liquid, which is particularly preferred in absorption processes and condensation processes.
Der Boden kann ein Boden mit Zwangsführung der Flüssigkeit oder ein Boden ohne Zwangsführung der Flüssigkeit sein, das heißt ein sogenannter Dual-Flow-Boden. Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Boden ein Dual-Flow-Boden, so dass der Boden keinen Ablaufschacht aufweist. The soil may be a soil with forced guidance of the liquid or a soil without forced guidance of the liquid, that is a so-called dual-flow soil. Especially preferred the floor according to the invention is a dual-flow floor, so that the floor has no downcomer.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen ohne Umlenkelement gleichmäßig verteilt auf dem Boden angeordnet. Durch die gleichmäßige Anordnung der Öffnungen ohne Umlenkelement wird insbesondere bei Böden ohne Zwangsführung der Flüssigkeit ein gleichmäßiger Kontakt von Gas und Flüssigkeit erzielt. Durch einen solchen gleichmäßigen Kontakt wird zum Beispiel sichergestellt, dass sich auf dem Boden keine lokalen Unterschiede in den Eigenschaften der Flüssigkeit, zum Beispiel der Konzentration der einzelnen Komponenten in der Flüssigkeit oder der Temperatur, einstellen. Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich über den Öffnungen ohne Umlenkelement eine höhere Flüssigkeitsschicht ausbildet als über den Öffnungen mit Umlenkelement. Hierdurch strömt die Flüssigkeit bevorzugt durch die Öffnungen ohne Umlenkelement ab und das Gas strömt aufgrund des geringeren Gegendrucks bevorzugt durch die Öffnungen mit Umlenkelement. Dies ergibt bei einer gleichmäßigen Anordnung der Öffnun- gen ohne Umlenkelement ein gleichmäßiges Sprudelbild und damit eine verbesserte Trennleistung durch die reduzierte Rückvermischung der Flüssigkeit. Zudem stellt sich ein verbesserter Abfluss von durch Fouling gebildeten Feststoffen durch die Öffnungen ohne Umlenkelement im Boden ein. Gleichmäßige Anordnung bedeutet dabei, dass die Öffnungen ohne Umlenkelement flächengleich sind und die flächengleichen Öffnungen ohne Umlenkelement über den ganzen Boden verteilt angeordnet sind und die Flächenanteile je Öffnung ohne Umlenkelement um nicht mehr als 20% voneinander abweichen. Als Flächenanteil je Öffnung ohne Umlenkelement wird die Fläche des Bodens verstanden, die von den Verbindungslinien der Achsen der zu der Öffnung ohne Umlenkelement benachbarten Öffnungen ohne Umlenkelement umschlossen wird. In one embodiment of the invention, the openings without deflecting evenly distributed on the floor are arranged. Due to the uniform arrangement of the openings without deflecting a uniform contact of gas and liquid is achieved especially in soils without forced guidance of the liquid. Such uniform contact ensures, for example, that no local differences in the properties of the liquid, for example the concentration of the individual components in the liquid or the temperature, are established on the soil. Furthermore, it has been found that a higher liquid layer is formed over the openings without deflecting element than over the openings with deflecting element. As a result, the liquid preferably flows through the openings without deflecting element and the gas preferably flows through the openings with deflecting element due to the lower counter-pressure. This results in a uniform arrangement of the openings without deflecting a uniform bubble pattern and thus an improved separation efficiency due to the reduced back-mixing of the liquid. In addition, there is an improved outflow of fouling solids through the openings without deflecting in the soil. Uniform arrangement means that the openings without the deflection element are the same area and the same area openings are arranged distributed without deflecting over the entire ground and the surface portions per opening without deflecting differ by not more than 20% from each other. The area fraction per opening without deflection element is understood to be the area of the floor which is enclosed by the connecting lines of the axes of the openings adjacent to the opening without deflecting element without deflecting element.
In einer weiteren Ausführungsform kann durch eine ungleichmäßige Anordnung der Öffnungen ohne Umlenkelement auf einem Dual-Flow-Boden eine Strömung erzeugt werden, da sich lokal durch unterschiedliche Mengen an ablaufender Flüssigkeit und an aufsteigendem Gas durch die Flüssigkeit unterschiedliche Flüssigkeitsmengen auf dem Boden einstellen können. Da auf einem Boden eine höhere Flüssigkeitsmenge an einer Stelle zu einem Wellenberg führt und dieser in Richtung einer Stelle mit einer niedrigeren Flüssigkeitsmenge abläuft, stellt sich auf dem Boden eine Strömung ein. Im Unterschied zu einem Dual-Flow-Boden kann es dagegen bei einem Boden mit Zwangsführung der Flüssigkeit bevorzugt sein, die Öffnungen ohne Umlenkelement ungleichmäßig auf dem Boden zu verteilen, zum Beispiel eine größere Anzahl der Öffnungen ohne Umlenkelement in der Nähe des Flüssigkeitszulaufs und eine kleinere Anzahl der Öffnungen ohne Umlenkelement in der Nähe des Flüssigkeitsablaufs oder umgekehrt. In a further embodiment, a flow can be generated by a non-uniform arrangement of the openings without deflecting element on a dual-flow tray, as can be set by different amounts of liquid flowing and rising gas through the liquid different amounts of liquid on the ground. Since a higher amount of liquid at one point leads to a wave crest on a ground and this runs off in the direction of a point with a lower amount of liquid, a flow sets in on the ground. In contrast to a dual-flow tray, on the other hand, in the case of a bottom with forced guidance of the fluid, it may be preferable to distribute the openings unevenly on the ground without a deflecting element, for example a larger number of openings without a deflecting element in the vicinity of the fluid inlet and a smaller one Number of openings without deflecting element near the liquid outlet or vice versa.
Der Anteil der freien Querschnittsfläche der Öffnungen ohne Umlenkelement beträgt vorzugsweise 1 bis 30 % der kleinsten freien Querschnittsfläche aller Öffnungen eines Bodens. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil der freien Querschnittsfläche der Öffnungen ohne Umlenkelement 5 bis 15 % der kleinsten freien Querschnittsfläche aller Öffnungen eines Bodens. The proportion of the free cross-sectional area of the openings without deflection element is preferably 1 to 30% of the smallest free cross-sectional area of all openings of a floor. In a particularly preferred embodiment, the proportion of the free cross-sectional area of Openings without deflecting 5 to 15% of the smallest free cross-sectional area of all openings of a floor.
Die freie Querschnittsfläche der Öffnungen ohne Umlenkelement ist dabei die Summe der kleinsten parallel zur Bodenoberfläche ausgerichteten freien Querschnittsflächen aller Öffnungen ohne Umlenkelement auf einem Boden. Unterschiedliche freie Querschnittsflächen einer Öffnung können sich dabei zum Beispiel ergeben, wenn eine Öffnung konisch ist, so dass diese eine größere freie Querschnittsfläche auf der Unterseite des Bodens und eine kleinere freie Querschnittsfläche auf der Oberseite des Bodens oder alternativ eine kleinere freie Quer- schnittsfläche auf der Unterseite des Bodens und eine größere freie Querschnittsfläche auf der Oberseite des Bodens aufweisen. Auch ist es möglich, dass die freie Querschnittsfläche einer Öffnung von unten nach oben zunächst abnimmt und anschließend wieder zunimmt. Wenn die Öffnungen ohne Umlenkelemente unterschiedlich ausgeführt sind, wird von jeder Öffnung die kleinste freie Querschnittsfläche berücksichtigt. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn sich die freie Querschnittsfläche der Öffnungen ohne Umlenkelement über die Dicke des Bodens nicht ändert und somit die Öffnungen ohne Umlenkelement eine konstante freie Querschnittsfläche aufweisen. The free cross-sectional area of the openings without deflecting element is the sum of the smallest parallel to the ground surface aligned free cross-sectional areas of all openings without deflecting on a floor. Different free cross-sectional areas of an opening may result, for example, if an opening is conical, so that it has a larger free cross-sectional area on the bottom of the bottom and a smaller free cross-sectional area on the top of the bottom or alternatively a smaller free cross-sectional area on the bottom Bottom of the soil and have a larger free cross-sectional area on the top of the soil. It is also possible that the free cross-sectional area of an opening initially decreases from bottom to top and then increases again. If the openings are designed differently without deflecting elements, the smallest free cross-sectional area of each opening is taken into account. However, it is particularly preferred if the free cross-sectional area of the openings without deflection element does not change over the thickness of the floor and thus the openings without deflection element have a constant free cross-sectional area.
Zur Bestimmung der kleinsten freien Querschnittsfläche aller Öffnungen eines Bodens sind die freien Querschnittsflächen aller Öffnungen auf dem Boden zu berücksichtigen. Dies ist die Summe der freien Querschnittsfläche aller Öffnungen ohne Umlenkelement auf einem Boden und der kleinsten freien Querschnittsfläche aller Öffnungen mit Umlenkelement auf dem Boden. Die kleinste Querschnittsfläche einer Öffnung mit Umlenkelement ist dabei entweder die kleinste freie Querschnittsfläche der Öffnung parallel zur Oberfläche des Bodens, wobei diese wie bei den Öffnungen ohne Umlenkelement definiert wird oder die Fläche aller Teilöffnungen, die jeweils von der Kante des Umlenkelements und dem Rand der Öffnung im Boden umschlossen werden. Die Anzahl der Teilöffnungen, die von der Kante des Umlenkelements und dem Rand der Öffnung im Boden umschlossen werden ist dabei abhängig von der Anzahl der Stege, mit denen das Umlenkelement am Boden befestigt ist. Bei nur einem Steg wird von der Kante des Umlenkelements und dem Rand der Öffnung im Boden nur eine Teilöffnung umschlossen, bei zwei Stegen sind dagegen bereits zwei Teilöffnungen vorhanden. Die Anzahl der Teilöffnungen, die von der Kante des Umlenkelements und dem Rand der Öffnung im Boden umschlossen wird, entspricht dabei immer der Anzahl der Stege, mit denen das Umlenkelement am Boden befestigt ist. Die Kante der Stege ist hierbei jeweils Teil der Kante des Umlenkelements. Die Summe aller Teilöffnungen, die von der Kante eines Umlenkelements und dem Rand der Öffnung im Boden umschlossen werden ist die zweite freie Querschnittsfläche der Öffnung mit Umlenkelement. To determine the smallest free cross-sectional area of all openings of a floor, the free cross-sectional areas of all openings on the floor must be taken into account. This is the sum of the free cross-sectional area of all openings without deflecting element on a floor and the smallest free cross-sectional area of all openings with deflecting element on the floor. The smallest cross-sectional area of an opening with deflecting element is either the smallest free cross-sectional area of the opening parallel to the surface of the bottom, which is defined as in the openings without deflecting or the surface of all partial openings, each of the edge of the deflecting element and the edge of the opening be enclosed in the ground. The number of partial openings, which are enclosed by the edge of the deflecting element and the edge of the opening in the bottom is dependent on the number of webs with which the deflecting element is fixed to the ground. With only one web is surrounded by the edge of the deflecting element and the edge of the opening in the bottom only a partial opening, two webs, however, already two partial openings are present. The number of partial openings, which is enclosed by the edge of the deflecting element and the edge of the opening in the ground, always corresponds to the number of webs with which the deflecting element is fixed to the ground. The edge of the webs is in each case part of the edge of the deflecting element. The sum of all partial openings, which are enclosed by the edge of a deflecting element and the edge of the opening in the bottom is the second free cross-sectional area of the opening with deflecting element.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das Verhältnis der kleinsten freien Querschnittsfläche zur Gesamtfläche des Bodens im Bereich von 0,05 : 1 bis 0,3 : 1. Insbesondere liegt das Verhältnis der kleinsten freien Querschnittfläche zur Gesamtfläche des Bodens im Bereich von 0,12 : 1 bis 0,2 : 1 . Durch das entsprechende Verhältnis der kleinsten freien Querschnittsfläche zur Gesamtfläche des Bodens stellt sich unter üblichen Betriebsbedingun- gen einer Stoffaustauschkolonne ein Hold-up der Flüssigkeit auf einem Boden ein, mit dem eine ausreichend lange Kontaktzeit von Gas und Flüssigkeit erzielt wird und gleichzeitig der Druckverlust über die Höhe der Kolonne so einstellbar ist, dass ein ökonomisch sinnvoller Betrieb möglich ist. In a preferred embodiment of the invention, the ratio of the smallest free cross sectional area to the total area of the bottom is in the range of 0.05: 1 to 0.3: 1. In particular, the ratio of the smallest free cross sectional area to the total area of the bottom is in the range of 0.12 : 1 to 0.2: 1. Due to the corresponding ratio of the smallest free cross-sectional area to the total area of the ground, under normal operating conditions gene a mass transfer column a hold-up of the liquid on a soil, with a sufficiently long contact time of gas and liquid is achieved and at the same time the pressure drop over the height of the column is adjustable so that an economically meaningful operation is possible.
Um insbesondere bei Dual-Flow-Böden eine gleichmäßige Aufteilung des Gases an den Öffnungen mit Umlenkelementen zu erhalten, ist es weiterhin bevorzugt, wenn die zweite freie Querschnittsfläche einer Öffnung mit Umlenkelement 40 bis 99 % der ersten freien Querschnittsfläche beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die zweite freie Querschnittsfläche 60 bis 95 % der ersten freien Querschnittsfläche. Durch die geringere zweite freie Querschnittsfläche wird das Gas beim Durchströmen der Öffnung mit Umlenkelement beschleunigt, so dass im Vergleich zu Öffnungen mit konstanter freier Querschnittfläche bei gleichem Gesamtgasvolumenstrom eine gleichmäßige Aufteilung des Gasvolumenstroms auf die zweite freie Querschnittsfläche durch den erhöhten Druckverlust erreicht wird. In order to obtain a uniform distribution of the gas at the openings with deflecting elements, especially in dual-flow trays, it is further preferred if the second free cross-sectional area of an opening with deflecting element is 40 to 99% of the first free cross-sectional area. Particularly preferably, the second free cross-sectional area is 60 to 95% of the first free cross-sectional area. Due to the lower second free cross-sectional area, the gas is accelerated as it flows through the opening with deflecting, so that in comparison to openings with constant free cross-sectional area with the same total gas volume flow uniform distribution of the gas flow to the second free cross-sectional area is achieved by the increased pressure drop.
Die Form der ersten freien Querschnittsfläche der Öffnungen mit Umlenkelement kann beliebig gewählt werden. So kann die erste freie Querschnittsfläche einer Öffnung mit Umlenkelement zum Beispiel kreisförmig, oval oder in Form eines beliebigen Polygons ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist die erste freie Querschnittsfläche kreisförmig oder als Viereck ausgeführt und insbesondere weist die erste freie Querschnittsfläche einer Öffnung mit Umlenkelement einen viereckigen Querschnitt auf. Hierbei ist es weiterhin besonders bevorzugt, wenn alle ersten freien Querschnittsflächen der Öffnungen mit Umlenkelement die gleiche Form aufweisen. Geeignete viereckige Querschnittsformen sind zum Beispiel quadratische, trapezförmige, rautenförmige oder rechteckige Querschnitte. Besonders bevorzugt hierbei weist die erste freie Quer- schnittsfläche jeder Öffnung mit Umlenkelement einen rechteckigen Querschnitt auf. The shape of the first free cross-sectional area of the openings with deflecting element can be chosen as desired. Thus, the first free cross-sectional area of an opening with a deflecting element may, for example, be circular, oval or in the form of an arbitrary polygon. Particularly preferably, the first free cross-sectional area is circular or in the form of a quadrilateral, and in particular the first free cross-sectional area of an opening with deflecting element has a quadrangular cross-section. In this case, it is furthermore particularly preferred if all first free cross-sectional areas of the openings with deflection element have the same shape. Suitable quadrangular cross-sectional shapes are, for example, square, trapezoidal, diamond-shaped or rectangular cross-sections. In this case, the first free cross-sectional area of each opening with deflecting element particularly preferably has a rectangular cross-section.
Die Form des Umlenkelements ist beliebig wählbar. So kann das Umlenkelement zum Beispiel eine Platte aufweisen, die mit Hilfe von Stegen oberhalb der Öffnung im Boden gehalten wird. Die Platte kann dabei jede beliebige Form aufweisen. Bevorzugt ist es, wenn die Platte die glei- che Form wie die Öffnung im Boden aufweist. Es ist jedoch auch möglich, eine Platte mit einer anderen Form einzusetzen als die Öffnung im Boden. So kann zum Beispiel die Öffnung im Boden mit einem runden Querschnitt ausgebildet sein und die Platte einen quadratischen Querschnitt haben. Alternativ ist es auch möglich, eine runde Platte über einer quadratischen Öffnung im Boden zu positionieren. Weiterhin ist es auch möglich, das Umlenkelement wie ein Satteldach zu gestalten oder wie einen Bogen. In diesem Fall gehen die Stege, mit denen das Umlenkelement auf dem Boden befestigt ist übergangslos in das Umlenkelement über. The shape of the deflecting element is arbitrary. For example, the deflection element may have a plate which is held in the ground above the opening by means of webs. The plate can have any shape. It is preferred if the plate has the same shape as the opening in the bottom. However, it is also possible to use a plate with a different shape than the opening in the ground. For example, the opening in the bottom may be formed with a round cross section and the plate may have a square cross section. Alternatively, it is also possible to position a round plate over a square opening in the bottom. Furthermore, it is also possible to make the deflecting element like a pitched roof or like a bow. In this case, the webs with which the deflecting element is fastened on the floor pass over into the deflecting element without transition.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen mit Umlenkelement im Boden mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet und das Umlenkelement ist ebenfalls rechteckig. Die Stege, mit denen das Umlenkelement am Boden befestigt ist, weisen die gleiche Breite auf wie das Umlenkelement. Des Weiteren ist auch das Umlenkelement vorzugsweise genauso breit wie die Öffnung im Boden. Vorzugsweise sind die Stege dabei an der kurzen Seite des rechteckförmigen Umlenkelements angeordnet. Um eine gleichmäßige Durchströmung der Flüssigkeit mit dem durch die Öffnungen strömenden Gas zu erhalten, ist es bei Einsatz eines rechteckigen oder rautenförmigen Querschnitts für die erste Querschnittsfläche der Öffnungen mit Umlenkelement weiterhin bevorzugt, wenn die Öffnungen mit Umlenkelement so angeordnet sind, dass jeweils benachbarte Öffnungen um 90° zueinander gedreht sind. Durch die um 90° gedrehte Anordnung der benachbarten Öffnungen mit Umlenkelement wird weiterhin vermieden, dass eine bevorzugte Richtung auf dem Boden ausgebildet wird, die zu einer Strömungsausbildung der Flüssigkeit auf dem Boden führen kann. In a particularly preferred embodiment, the openings are formed with deflecting element in the bottom with a rectangular cross section and the deflecting element is also rectangular. The webs with which the deflecting element is fixed to the ground, have the same width as the deflecting element. Furthermore, the deflecting element is preferably as wide as the opening in the ground. Preferably, the webs are arranged on the short side of the rectangular deflecting element. In order to obtain a uniform flow of the liquid with the gas flowing through the openings, it is further preferred when using a rectangular or diamond-shaped cross section for the first cross-sectional area of the openings with deflecting when the openings are arranged with deflecting so that each adjacent openings to Are rotated 90 ° to each other. By 90 ° rotated arrangement of the adjacent openings with deflecting is further avoided that a preferred direction is formed on the ground, which can lead to a flow formation of the liquid on the ground.
Die Öffnungen ohne Umlenkelement können ebenfalls jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt ist es, wenn die Öffnungen ohne Umlenkelement eine runde Querschnittsform aufweisen. Öffnungen mit einer runden Querschnittsform können auf einfache Weise durch Bohren hergestellt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, sowohl die Öffnungen mit Um- lenkelement als auch die Öffnungen ohne Umlenkelement mit jedem beliebigen Verfahren, mit dem Öffnungen in einen Boden eingebracht werden können, herzustellen. Derartige Verfahren sind zum Beispiel Stanzverfahren oder Schneidverfahren wie Laserschneidverfahren. The openings without deflecting element can likewise have any desired cross-sectional shape. It is preferred if the openings without deflecting element have a round cross-sectional shape. Openings with a round cross-sectional shape can be easily made by drilling. Alternatively, however, it is also possible to produce both the openings with deflecting element and the openings without deflecting element by any method with which openings can be introduced into a floor. Such methods are, for example, stamping methods or cutting methods such as laser cutting methods.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind zusätzlich Sprühelemente umfasst. Die Sprühele- mente unterscheiden sich von den Öffnungen mit Umlenkelement dadurch, dass im Betrieb der Stoffaustauschkolonne Gas durch die Sprühelemente in nur einer Richtung austreten kann. Dies kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, dass über einer Öffnung im Boden eine Abdeckung positioniert wird und die Abdeckung nur eine Öffnung in einer Richtung aufweist. Hierbei ist die Öffnung vorzugsweise so ausgerichtet, dass das im Betrieb der Stoffaustauschkolon- ne durch die Öffnung des Sprühelements austretende Gas zunächst parallel zur Oberfläche des Bodens aus dem Sprühelement austritt. Durch die Verwendung von Sprühelementen können Randbereiche an der Kolonnenwand, die zu stagnierendem Flüssigkeits-Hold-up neigen, besser durchströmt werden. Sprühelemente mit einer im Winkel von 0 bis 60°, bevorzugt 10° bis 45°, nach oben geneigten Öffnung eignen sich, um ausgewählte Flächen oberhalb des Bo- dens zu benetzen. In one embodiment of the invention, spraying elements are additionally included. The spray elements differ from the openings with deflecting element in that, during operation of the mass transfer column, gas can escape through the spray elements in only one direction. This can be realized, for example, by positioning a cover over an opening in the floor and the cover having only one opening in one direction. In this case, the opening is preferably oriented so that the gas exiting through the opening of the spray element during operation of the mass transfer column initially exits the spray element parallel to the surface of the floor. Through the use of spray elements edge areas on the column wall, which tend to stagnant liquid hold-up, are better flowed through. Spray elements with an opening inclined at an angle of 0 to 60 °, preferably 10 ° to 45 °, are suitable for wetting selected surfaces above the bottom.
Um bei der Verwendung des Bodens als Dual-Flow-Boden einen gleichmäßigen Kontakt der Flüssigkeit mit dem Gas zu erhalten, ist es weiterhin bevorzugt, Wellenbrecher auf dem Boden anzuordnen. Die Wellenbrecher verhindern, dass sich durch die Gasströmung in der Flüssigkeit gebildete Wellen über den gesamten Boden ausbreiten. Insbesondere kann durch den Einsatz der Wellenbrecher verhindert werden, dass sich Wellen auf dem Boden verstärken, was zum einen zu einem zu einer Wellenbildung führen kann, bei der Flüssigkeit von unten gegen einen darüber liegenden Boden schlägt und zum anderen, dass aufgrund von starker Wellenbildung der Flüssigkeitsstand auf dem Boden lokal so niedrig wird, dass kein ausreichender Kontakt der Flüssigkeit mit dem Gas sichergestellt werden kann und hierdurch die Effektivität der Stoffaustauschkolonne verringert wird. Geeignete Wellenbrecher sind zum Beispiel Leitbleche, die auf dem Boden angeordnet sind. Die Leitbleche sind dabei vorzugsweise in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet. Die Leitbleche können sich in ihrer Länge über den ganzen Boden von einer Kolonnenwandung zur gegenüberliegenden Kolonnenwandung erstrecken oder nur über einen Teil des Bodens. Be- vorzugt ist eine Längenausdehnung nur über einen Teil des Bodens. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung derart, dass sich die Leitbleche kreuzförmig schneiden. Da die Leitbleche als Wellenbrecher eingesetzt werden, ist es nicht erforderlich, dass diese bündig auf dem Boden aufliegen. Bevorzugt ist eine Montage der Leitbleche mit Füßen oder Stegen, so dass zwischen dem Leitblech und dem Boden ein Spalt entsteht. In order to obtain a uniform contact of the liquid with the gas when using the soil as a dual-flow soil, it is further preferred to arrange breakwaters on the ground. The breakwaters prevent waves formed by the gas flow in the liquid from spreading all over the ground. In particular, can be prevented by the use of the breakwater that amplify waves on the ground, which can lead to a one to a wave formation, suggests the liquid from below against an overlying soil and on the other that due to strong wave formation of the Liquid level on the ground is locally so low that no sufficient contact of the liquid with the gas can be ensured and thereby the effectiveness of the mass transfer column is reduced. Suitable breakwaters are for example baffles which are arranged on the ground. The baffles are preferably aligned in different directions. The baffles may extend in length over the entire bottom of a column wall to the opposite column wall or only over part of the bottom. Preferred is a length extension only over part of the floor. Particularly preferred is an arrangement such that the baffles intersect in a cross shape. Since the baffles are used as a breakwater, it is not necessary that they rest flush on the ground. Preference is given to mounting the baffles with feet or webs, so that a gap is formed between the baffle and the bottom.
Der erfindungsgemäße Boden wird vorzugsweise in einer Stoffaustauschkolonne eingesetzt. Eine solche Stoffaustauschkolonne kann dabei Böden in unterschiedlichen Ausführungsformen enthalten, wobei mindestens ein Boden ein erfindungsgemäßer Boden ist. Bevorzugt ist es jedoch, die ganze Stoffaustauschkolonne mit den gleichen Böden auszustatten. The soil according to the invention is preferably used in a mass transfer column. Such a mass transfer column may contain soils in different embodiments, wherein at least one soil is an inventive soil. However, it is preferred to equip the entire mass transfer column with the same trays.
Alternativ zur Ausstattung der Kolonne nur mit Böden ist es auch möglich, neben mindestens einem Boden zusätzlich eine Füllkörperschüttung oder eine strukturierte Packung als Einbauten in der Kolonne vorzusehen. Besonders bevorzugt ist es, die Stoffaustauschkolonne nur mit Böden auszustatten, wobei die Böden als Dual-Flow-Böden verwendet werden. As an alternative to equipping the column with trays, it is also possible to additionally provide, in addition to at least one tray, a packed bed or a structured packing as internals in the column. It is particularly preferred to equip the mass transfer column only with trays, wherein the trays are used as dual-flow trays.
Die Stoffaustauschkolonne kann für jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren eingesetzt werden. Übliche Verfahren, die in einer Stoffaustauschkolonne durchgeführt werden, sind zum Beispiel Destillationen, Rektifikationen, Kondensationen, Absorptionen oder Extraktionen. Hierbei eignet sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Böden insbesondere für solche Stoffaustauschverfahren, bei denen eine flüssige Phase in der Kolonne von oben nach unten und eine Gasphase im Gegenstrom von unten nach oben geführt wird. Eine Stoffaustauschkolonne weist üblicherweise ein Abtriebsteil und ein Verstärkungsteil auf. Bei großtechnischem Einsatz der Stoffaustauschkolonne liegt der hydraulische Durchmesser des kleinsten freien Querschnitts jeder Öffnung mit Umlenkelement im Abtriebsteil vorzugsweise im Bereich von 4 bis 80 mm und im Verstärkungsteil im Bereich von 4 bis 70 mm. Dabei ist der kleinste freie Querschnitt jeder Öffnung mit Umlenkelement im Abtriebsteil größer oder gleich dem freien Querschnitt jeder Öffnung im Verstärkungsteil. The mass transfer column can be used for any method known to those skilled in the art. Typical processes which are carried out in a mass transfer column are, for example, distillations, rectifications, condensations, absorptions or extractions. In this case, the use of the floors according to the invention is particularly suitable for those mass transfer processes in which a liquid phase in the column from top to bottom and a gas phase in countercurrent from bottom to top is performed. A mass transfer column usually has a stripping section and a reinforcing section. For large-scale use of the mass transfer column, the hydraulic diameter of the smallest free cross section of each opening with deflecting element in the driven part is preferably in the range of 4 to 80 mm and in the reinforcing part in the range of 4 to 70 mm. In this case, the smallest free cross section of each opening with deflecting element in the stripping section is greater than or equal to the free cross section of each opening in the reinforcing section.
Für eine ausreichende Stabilität des Bodens im großtechnischen Einsatz ist die Dicke des Bodens vorzugsweise im Bereich von 1 bis 8 mm und insbesondere im Bereich von 2 bis 4 mm. Wenn die Stoffaustauschkolonne mit mehreren Böden ausgerüstet wird, liegt der Abstand der Böden vorzugsweise im Bereich von 200 bis 900 mm und insbesondere im Bereich von 300 bis 600 mm. Um zu verhindern, dass der Boden im laufenden Betrieb der Stoffaustauschkolonne beginnt zu schwingen, was zu Schädigungen am Boden und auch an der Kolonne führen kann, wird der Boden vorzugsweise so gestaltet, dass die Eigenfrequenz des Bodens größer als 30 Hz ist. Die Eigenfrequenz des Bodens kann dabei zum Beispiel durch die Dicke des Bodens und die Posi- tion von Trägern, mit denen der Boden in der Stoffaustauschkolonne montiert wird, eingestellt werden. Weiterhin hat auch die Größe von einzelnen Bodenelementen, aus denen ein großtechnisch eingesetzter Boden üblicherweise zusammengesetzt wird, Einfluss auf die Eigenfrequenz des Bodens. Wenn der Boden mit Wellenbrechern ausgestattet wird, so weisen diese bei großtechnischem Einsatz des Bodens vorzugsweise eine Höhe im Bereich von 50 bis 300 mm, insbesondere von 150 bis 200 mm auf. Die Länge der Wellenbrecher liegt vorzugsweise im Bereich von 500 bis 6000 mm, insbesondere im Bereich von 1000 bis 3000 mm, wobei die Länge der Wellenbrecher durch die Außenabmessungen des Bodens begrenzt wird. Die Wellenbrecher können sich ma- ximal von Rand zu Rand des Bodens erstrecken. Der Abstand zwischen Wellenbrecher und Wand beträgt vorzugsweise 0 bis 1000 mm, insbesondere 50 bis 500 mm. Die Füße oder Stege, mit denen die Wellenbrecher auf dem Boden befestigt sind, werden vorzugsweise so ausgebildet, dass der Wellenbrecher einen Abstand zum Boden im Bereich von 10 bis 60 mm, insbesondere im Bereich von 30 bis 50 mm aufweist. Hierbei wird jeder Wellenbrecher vorzugs- weise mit 1 bis 10 Stegen oder Füßen auf dem Boden befestigt. Der Abstand der Wellenbrecher beträgt anwendungstechnisch vorzugsweise 100 bis 1000 mm, insbesondere 150 bis 500 mm. Die Flächensegmente zwischen zwei Wellenbrechern haben üblicherweise eine Größe von mindestens 0,2 m2, bevorzugt eine Größe von mindestens 0,5 m2. Eingesetzt werden kann eine Stoffaustauschkolonne mit den erfindungsgemäßen Böden zum Beispiel in der Herstellung von (Meth-) Acrylaten, (Meth-) Acrylsäure oder (Meth-) Acrylmono- meren, bei der Isocyanatherstellung, in Verfahren, in denen formaldehydhaltige Medien oder polymerisierende Medien eingesetzt werden oder bei Einsatz von Medien, die zur Bildung von Fouling bei thermischer Beanspruchung neigen. For sufficient stability of the soil in industrial use, the thickness of the soil is preferably in the range of 1 to 8 mm and in particular in the range of 2 to 4 mm. When the mass transfer column is equipped with a plurality of trays, the spacing of trays is preferably in the range of 200 to 900 mm, and more preferably in the range of 300 to 600 mm. In order to prevent the bottom from vibrating during operation of the mass transfer column, which can lead to damage to the bottom and also to the column, the bottom is preferably designed so that the natural frequency of the soil is greater than 30 Hz. The natural frequency of the soil can be adjusted, for example, by the thickness of the soil and the position of carriers with which the soil is mounted in the mass transfer column. Furthermore, the size of individual floor elements from which a large-scale used soil is usually composed, influence on the natural frequency of the soil. If the ground is equipped with breakwaters, so they have a height in the range of 50 to 300 mm, in particular from 150 to 200 mm in large-scale use of the soil preferably. The length of the breakwater is preferably in the range of 500 to 6000 mm, in particular in the range of 1000 to 3000 mm, wherein the length of the breakwater is limited by the outer dimensions of the soil. The breakwaters can extend maximally from edge to edge of the ground. The distance between the breakwater and the wall is preferably 0 to 1000 mm, in particular 50 to 500 mm. The feet or webs with which the breakwaters are fixed to the ground are preferably formed so that the breakwater has a distance to the ground in the range of 10 to 60 mm, in particular in the range of 30 to 50 mm. Here, each breakwater is preferably attached to the ground with 1 to 10 bars or feet. The distance of the breakwater is application technology preferably 100 to 1000 mm, in particular 150 to 500 mm. The surface segments between two breakwaters usually have a size of at least 0.2 m 2 , preferably a size of at least 0.5 m 2 . It is possible to use a mass transfer column with the trays according to the invention, for example in the production of (meth) acrylates, (meth) acrylic acid or (meth) acryl monomers, in isocyanate production, in processes in which formaldehyde-containing media or polymerizing media are used or when using media that tend to form fouling under thermal stress.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Show it:
Figuren 1 bis 4 unterschiedliche Ausführungsformen zur Anordnung von Öffnungen mit Figures 1 to 4 different embodiments for the arrangement of openings with
Umlenkelement und Öffnungen ohne Umlenkelement,  Deflection element and openings without deflecting element,
Figuren 5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen zur Anordnung von Sprühelementen, FIGS. 5 to 7 different embodiments for the arrangement of spray elements,
Figuren 8 bis 10 verschiedene Ausführungsformen zur Anordnung eines Umlenkelements über einer Öffnung, Figuren 1 1 bis 15 verschiedene Ausführungsformen von Umlenkelementen in Draufsicht, FIGS. 8 to 10 different embodiments for arranging a deflecting element over an opening, Figures 1 1 to 15 different embodiments of deflecting elements in plan view,
Figur 16 einen Ausschnitt aus einem Boden zur Darstellung des Flächenanteils. FIG. 16 shows a section of a floor for the representation of the surface portion.
In den Figuren 1 bis 4 sind unterschiedliche Ausführungsformen zur Anordnung von Öffnungen mit Umlenkelement und Öffnungen ohne Umlenkelement dargestellt. In the figures 1 to 4 different embodiments for the arrangement of openings with deflecting element and openings without deflecting element are shown.
Ein Boden 1 weist Öffnungen 3 mit Umlenkelement und Öffnungen 5 ohne Umlenkelement auf. Die Öffnungen 3 mit Umlenkelement haben in den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen jeweils eine rechteckige Form. Neben der rechteckigen Form ist jedoch auch jede beliebige andere Form der Öffnungen mit Umlenkelement denkbar. So können die Öffnungen zum Beispiel auch kreisförmig, oval oder als Polygon mit beliebig vielen Ecken, beispielsweise als Dreieck, als Viereck, zum Beispiel in Form eines Quadrats, einer Raute, eines Parallelo- gramms oder eines Trapezes, als Sechseck oder als Achteck ausgebildet sein. Auch ein Polygon mit jeder beliebigen anderen Anzahl an Ecken ist denkbar. A bottom 1 has openings 3 with deflecting element and openings 5 without deflecting element. The openings 3 with deflecting element have in the embodiments shown in Figures 1 to 4 each have a rectangular shape. In addition to the rectangular shape, however, any other shape of the openings with deflection is conceivable. Thus, for example, the openings can also be circular, oval or polygonal with any number of corners, for example as a triangle, as a quadrangle, for example in the form of a square, a rhombus, a parallelogram or a trapezium, hexagon or octagon , A polygon with any other number of corners is conceivable.
Die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement sind in den hier dargestellten Ausführungsformen kreisförmig gestaltet und gleichmäßig über den Boden 1 verteilt. Wie bei den Öffnungen 3 mit Um- lenkelement können die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement jedoch auch jede beliebige andere Form, beispielsweise oval oder Polygon mit beliebig vielen Ecken, aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch, die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement kreisförmig auszuführen. The openings 5 without deflecting element are designed circular in the embodiments shown here and evenly distributed over the bottom 1. As in the case of the openings 3 with deflection element, however, the openings 5 without deflection element can also have any other shape, for example oval or polygon with any number of corners. However, it is preferable to make the openings 5 without deflecting circular.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die Öffnungen 3 mit Umlenkelement so angeordnet, dass jeweils zwei benachbarte Öffnungen 3 um 90° zueinander gedreht sind. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ersetzen die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement jeweils Öffnungen 3 mit Umlenkelement. Das bedeutet, dass die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement an Positionen angeordnet sind, die bei einer Gestaltung ohne Öffnungen 5 ohne Umlenkelement von Öffnungen 3 mit Umlenkelement eingenommen worden wären. In the embodiment shown in Figure 1, the openings 3 are arranged with deflection so that each two adjacent openings 3 are rotated by 90 ° to each other. In the embodiment shown in Figure 1 replace the openings 5 without deflecting each openings 3 with deflecting. This means that the openings 5 are arranged without deflecting at positions that would have been taken in a design without openings 5 without deflecting of openings 3 with deflecting.
Neben dem Ersatz von Öffnungen 3 mit Umlenkelement durch Öffnungen 5 ohne Umlenkelement wäre es alternativ auch möglich, die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement zwischen Öffnungen 3 mit Umlenkelement zu positionieren, so dass die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement als zusätzliche Öffnungen im Boden ausgebildet sind. In addition to the replacement of openings 3 with deflection by openings 5 without deflecting it would alternatively also possible to position the openings 5 without deflecting between openings 3 with deflecting, so that the openings 5 are formed without deflecting additional openings in the ground.
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform die Öffnungen 3 mit Umlenkelement in parallelen Reihen angeordnet und alle Öffnungen 3 mit Umlenkelement weisen in die gleiche Richtung. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind die Öffnungen 3 mit Umlenkelement strahlenförmig in radialer Richtung angeordnet und in der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ringförmig um den Mittelpunkt des Bodens 1 . Neben den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen ist auch jede beliebige weitere Anordnung der Öffnungen 3 mit Umlenkelement denkbar. Die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement können ebenfalls beliebig auf dem Boden 1 positioniert werden, bevorzugt ist jedoch eine gleichmäßige Anordnung. In contrast to the embodiment shown in FIG. 1, in the embodiment shown in FIG. 2, the openings 3 with deflection element are arranged in parallel rows and all openings 3 with deflection element point in the same direction. In the embodiment shown in Figure 3, the openings 3 are arranged with deflector radially in the radial direction and in the embodiment shown in Figure 4 annular around the center of the bottom. 1 In addition to the embodiments shown in Figures 1 to 4, any other arrangement of the openings 3 with deflection is conceivable. The openings 5 without deflecting element can likewise be positioned as desired on the floor 1, but a uniform arrangement is preferred.
Besonders bevorzugt ist die in Figur 1 dargestellte Anordnung der Öffnungen 3 mit Umlenkelement. Particularly preferred is the arrangement shown in Figure 1 of the openings 3 with deflection.
In den in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungsformen sind zusätzlich Sprühelemente umfasst. Die Sprühelemente 7 können dabei zum Beispiel wie in Figur 5 gezeigt kreisförmig am Rand des Bodens 1 angeordnet sein. Alternativ ist auch eine Anordnung der Sprühelemente 7 auf parallelen Linien auf dem Boden 1 denkbar, wie in Figur 6 dargestellt. Hierbei können auch weitere Sprühelemente 7 vorgesehen sein, die auf Linien angeordnet sind, die die in Figur 6 dargestellten Linien, auf denen die Sprühelemente 7 angeordnet sind, kreuzen. In the embodiments illustrated in FIGS. 5 to 7, spraying elements are additionally included. The spray elements 7 can be arranged, for example circular as shown in Figure 5 at the edge of the bottom 1. Alternatively, an arrangement of the spray elements 7 on parallel lines on the bottom 1 is conceivable, as shown in Figure 6. In this case, further spray elements 7 can be provided, which are arranged on lines that intersect the lines shown in Figure 6, on which the spray elements 7 are arranged.
Die Sprühelemente 7 sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass bei einer ringförmigen Anordnung das Gas aus allen Sprühelementen 7 in tangentialer Richtung austritt. Alternativ ist auch eine Anordnung denkbar, bei der das Gas in radialer Richtung nach innen in Richtung Mittelpunkt des Bodens 1 oder alternativ nach außen in Richtung des Randes des Bodens 1 austritt. The spray elements 7 are preferably arranged so that in an annular arrangement, the gas exiting from all spray elements 7 in the tangential direction. Alternatively, an arrangement is conceivable in which the gas exits in the radial direction inwards in the direction of the center of the bottom 1 or alternatively outwards in the direction of the edge of the bottom 1.
Neben den in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen zur Anordnung der Sprühelemente 7 zeigt Figur 7 eine Kombination aus beiden Varianten. Hier sind die Sprühelemente 7 sowohl ringförmig am Rand des Bodens angeordnet als auch auf parallelen über den Boden verlaufenden Linien. In addition to the embodiments shown in FIGS. 5 and 6 for the arrangement of the spray elements 7, FIG. 7 shows a combination of the two variants. Here, the spray elements 7 are both arranged annularly on the edge of the floor as well as on parallel lines extending over the floor.
Die Umlenkelemente, die über den Öffnungen 3 mit Umlenkelement angeordnet sind, können jede beliebige Form aufweisen. Beispielhaft sind in den Figuren 8 bis 10 verschiedene Formen für Umlenkelemente in einer Schnittdarstellung gezeigt. The deflecting elements, which are arranged above the openings 3 with deflecting element, can have any desired shape. By way of example, FIGS. 8 to 10 show various shapes for deflecting elements in a sectional illustration.
Ein Umlenkelement 1 1 ist mit dem Boden 1 verbunden und ist oberhalb der Öffnung 3 angeordnet. Im Betrieb einer Stoffaustauschkolonne steigt Gas durch die Öffnung 3 durch den Boden und prallt von unten gegen das Umlenkelement 1 1 . Hierdurch wird die Richtung der Gasströmung umgelenkt und das Gas strömt durch Teilöffnungen 13 in die Flüssigkeit, die sich auf dem Boden 1 befindet. Bei den Schnittdarstellungen in den Figuren 8 bis 10 werden durch das Umlenkelement 1 1 jeweils zwei Teilöffnungen 13 gebildet, die von der Kante 15 des Umlenkelements und dem Rand 17 der Öffnung 3 umschlossen werden. A deflecting element 1 1 is connected to the bottom 1 and is arranged above the opening 3. During operation of a mass transfer column gas rises through the opening 3 through the bottom and bounces from below against the deflecting element 1 first As a result, the direction of the gas flow is deflected and the gas flows through partial openings 13 in the liquid, which is located on the bottom 1. In the sectional views in FIGS. 8 to 10, two partial openings 13 are formed by the deflecting element 1 1, which are enclosed by the edge 15 of the deflecting element and the edge 17 of the opening 3.
Die Umlenkelemente können, wie in Figur 8 dargestellt, zum Beispiel in Form einer flachen Platte 19, die mit Stegen 21 am Boden befestigt ist ausgebildet sein. Alternativ kann das Umlenkelement auch wie in Figur 9 dargestellt, wie ein Satteldach geformt sein, so dass sich dreieckige Teilöffnungen 13 bilden oder auch wie in Figur 10 dargestellt in Form eines Kreisabschnitts. Verschiedene Formen des Umlenkelements in Draufsicht sind in den Figuren 1 1 bis 15 dargestellt. So kann das Umlenkelement in Draufsicht zum Beispiel eine rechteckige Form aufweisen, wie sie in Figur 1 1 dargestellt ist. Eine solche rechteckige Form können alle in den Figuren 8 bis 10 dargestellten Formen haben. Bei der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform bedeutet dies zum Beispiel, dass die Stege 21 die gleiche Breite aufweisen wie die die Öffnung 3 abdeckende Platte 19. Auch die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen, bei denen das Umlenkelement in Form eines Satteldachs oder eines Kreisabschnitts geformt ist, haben in der Draufsicht vorzugsweise eine rechteckige Form, wie in Figur 1 1 dargestellt. The deflecting elements, as shown in Figure 8, for example, in the form of a flat plate 19 which is fixed with webs 21 at the bottom may be formed. Alternatively, as shown in FIG. 9, the deflection element may also be shaped like a pitched roof, so that triangular partial openings 13 are formed or also, as shown in FIG. 10, in the form of a circular section. Various shapes of the deflecting element in plan view are shown in FIGS. 11 to 15. Thus, the deflecting element in plan view, for example, have a rectangular shape, as shown in Figure 1 1. Such a rectangular shape may have all the shapes illustrated in FIGS. 8-10. In the embodiment illustrated in FIG. 8, this means, for example, that the webs 21 have the same width as the plate 19 covering the opening 3. The embodiments illustrated in FIGS. 9 and 10, in which the deflecting element in the form of a saddle roof or a saddle roof Circular portion is formed, preferably have a rectangular shape in plan view, as shown in Figure 1 1.
In Figur 12 ist eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung der Form des Umlenkelements gezeigt. Hier hat die Platte 19 eine Trapezform und die Stege 21 sind an den parallelen Seiten des Tra- pezes angeordnet, wobei die Stege 21 jeweils eine rechteckige Form aufweisen und eine Kantenlänge des Rechtecks der Länge der an den Steg 21 anschließenden Seite des Trapezes entspricht. FIG. 12 shows a further possibility for designing the shape of the deflecting element. Here, the plate 19 has a trapezoidal shape and the webs 21 are arranged on the parallel sides of the trapezium, wherein the webs 21 each have a rectangular shape and an edge length of the rectangle corresponds to the length of the adjoining the web 21 side of the trapezoid.
Neben den breiten Stegen, wie in den Figuren 1 1 und 12 ist es auch möglich, eine größere An- zahl an Stegen, beispielsweise 3 wie in den Figuren 13 und 14 dargestellt vorzusehen und die Stege 21 nur schmal zu gestalten. Bei drei Stegen 21 ergeben sich dann drei Teilöffnungen zwischen der Kante 15 des Umlenkelements und dem hier nicht dargestellten Rand der Öffnung 3. Die Platte 19 des Umlenkelements ist in der in Figur 13 dargestellten Ausführungsform dreieckig und in der in Figur 14 dargestellten Ausführungsform kreisförmig gestaltet. Die Öffnung 3 unterhalb des Umlenkelements 1 1 hat vorzugsweise die gleiche Form wie das Umlenkelement 1 1 . In addition to the wide webs, as in FIGS. 11 and 12, it is also possible to provide a larger number of webs, for example 3 as shown in FIGS. 13 and 14, and to make the webs 21 only narrow. In the case of three webs 21, three partial openings then arise between the edge 15 of the deflecting element and the edge of the opening 3 (not illustrated here). The plate 19 of the deflecting element is triangular in the embodiment shown in FIG. 13 and circular in the embodiment shown in FIG. The opening 3 below the deflecting element 1 1 preferably has the same shape as the deflecting element 1 first
In Figur 15 ist eine weitere Alternative für ein Umlenkelement mit runder Platte 19 dargestellt. Im Unterschied zu der in Figur 14 gezeigten Ausführungsform hat das Umlenkelement 1 1 in der in Figur 15 dargestellten Ausführungsform nur zwei Stege 21 , mit denen das Umlenkelement 1 1 auf dem Boden 1 befestigt ist. Die Stege 21 weisen dabei aber eine größere Breite auf. Die größere Breite ist jedoch nicht zwingend erforderlich, hat aber den Vorteil einer größeren statischen Stabilität des Umlenkelements im Betrieb des Bodens 1 . Die Öffnungen 5 ohne Umlenkelement sind vorzugsweise gleichmäßig auf dem Boden 1 angeordnet. Eine gleichmäßige Anordnung bedeutet, dass der Flächenanteil je Öffnung 5 ohne Umlenkelement nicht mehr als 20 % voneinander abweicht und besonders bevorzugt gleich ist. Wie der Flächenanteil definiert wird, ist beispielhaft in Figur 16 dargestellt. Als Flächenanteil 23 je Öffnung 5 ohne Umlenkelement wird die Fläche des Bodens 1 verstanden, die von den Verbindungslinien 25 der Achsen 27 der zu der Öffnung 5 ohne Umlenkelement benachbarten Öffnungen 29 ohne Umlenkelement umschlossen wird. Beispiel FIG. 15 shows a further alternative for a deflecting element with round plate 19. In contrast to the embodiment shown in Figure 14, the deflecting element 1 1 in the embodiment shown in Figure 15 only two webs 21, with which the deflecting element 1 1 is fixed to the floor 1. However, the webs 21 have a greater width. However, the greater width is not absolutely necessary, but has the advantage of greater static stability of the deflecting element in the operation of the bottom. 1 The openings 5 without deflecting element are preferably arranged uniformly on the floor 1. A uniform arrangement means that the area fraction per opening 5 without deflecting element does not deviate from each other by more than 20% and is particularly preferably the same. How the surface portion is defined is shown by way of example in FIG. The area fraction 23 per opening 5 without deflecting element is understood to mean the surface of the bottom 1 which is enclosed by the connecting lines 25 of the axes 27 of the openings 29 adjacent to the opening 5 without deflecting element without deflecting element. example
Eine Kolonne mit einem Durchmesser von 1800 mm wird einmal mit 3 Böden mit Öffnungen ohne Umlenkelement betrieben. Das Verhältnis der kleinsten freien Querschnittsfläche zur Ge- samtfläche des Bodens beträgt 0,175 : 1. Die einzelnen Öffnungen haben einen runden Querschnitt. Zur Bestimmung des Hold-up der Flüssigkeit auf den Böden und des Druckverlusts in der Kolonne wird die Kolonne bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck mit Luft als Gas und Wasser als Flüssigkeit im Gegenstrom betrieben. In einem zweiten Versuch wurden die Böden ausgetauscht gegen Böden, bei denen ein Teil der Öffnungen durch rechteckige Öffnungen mit Umlenkelement ausgetauscht wurden. Das Verhältnis der kleinsten freien Querschnittsfläche zur Gesamtfläche des Bodens betrug weiterhin 0,175 : 1 . Der Anteil der freien Querschnittsfläche der Öffnungen ohne Umlenkelement betrug dabei 8% der kleinsten freien Querschnittsfläche aller Öffnungen. A column with a diameter of 1800 mm is operated once with 3 trays with openings without deflecting element. The ratio of the smallest free cross-sectional area to the total area of the floor is 0.175: 1. The individual openings have a round cross section. To determine the hold-up of the liquid on the trays and the pressure loss in the column, the column is operated at room temperature and ambient pressure with air as gas and water as liquid in countercurrent. In a second experiment, the floors were replaced by floors in which a part of the openings were replaced by rectangular openings with deflection. The ratio of the smallest free cross-sectional area to the total area of the bottom was still 0.175: 1. The proportion of the free cross-sectional area of the openings without deflecting element was 8% of the smallest free cross-sectional area of all openings.
Beim Betrieb der Kolonne hat sich gezeigt, dass der Druckverlust beim Betrieb mit Böden mit Öffnungen mit Umlenkelement und ohne Umlenkelement größer ist als bei Böden, die nur Öffnungen ohne Umlenkelement aufweisen. Weiterhin hat sich überraschenderweise bei den Böden, die Öffnungen ohne Umlenkelement und Öffnungen mit Umlenkelement aufweisen ein höherer Flüssigkeits-Hold-up unter gleichen Betriebsbedingungen eingestellt. Durch den höheren Flüssigkeits-Hold-up ergibt sich eine längere Kontaktzeit von Gas und Flüssigkeit und damit eine bessere Effizienz der Stoffaustauschkolonne. During operation of the column has been shown that the pressure loss during operation with trays with openings with deflecting element and without deflecting element is greater than in trays that have only openings without deflecting. Furthermore, surprisingly, in the bottoms, the openings without deflecting element and openings with deflecting have a higher liquid hold-up set under the same operating conditions. Due to the higher liquid hold-up results in a longer contact time of gas and liquid and thus a better efficiency of the mass transfer column.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Boden für eine Stoffaustauschkolonne mit Offnungen (3), wobei oberhalb jeder Öffnung (3) ein Umlenkelement (1 1 ) positioniert ist, so dass jede Öffnung (3) eine erste freie Querschnittsfläche an der Unterseite des Bodens (1 ) und eine zweite freie Querschnittsflächen zwischen der Oberfläche des Bodens (1 ) und dem Umlenkelement (1 1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1 ) weiterhin Öffnungen (5) ohne Umlenkelement aufweist. Bottom for a mass transfer column with openings (3), a deflection element (11) being positioned above each opening (3), so that each opening (3) has a first free cross-sectional area on the underside of the bottom (1) and a second free cross-sectional area between the surface of the base (1) and the deflection element (1 1), characterized in that the base (1) further has openings (5) without a deflection element.
Boden gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) ohne Umlenkelement gleichmäßig verteilt auf dem Boden (1 ) angeordnet sind. Floor according to claim 1, characterized in that the openings (5) are arranged evenly distributed on the floor (1) without a deflection element.
Boden gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der freien Querschnittsfläche der Öffnungen (5) ohne Umlenkelement vorzugsweise 1 bis 30 % des Verhältnisses der kleinsten freien Querschnittsfläche aller Öffnungen (3, 5) eines Bodens (1 ) zur Gesamtfläche des Bodens (1 ) beträgt. Floor according to claim 1 or 2, characterized in that the proportion of the free cross-sectional area of the openings (5) without a deflection element is preferably 1 to 30% of the ratio of the smallest free cross-sectional area of all openings (3, 5) of a floor (1) to the total area of the floor (1).
Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der kleinsten freien Querschnittsfläche zur Gesamtfläche des Bodens im Bereich von 0,05 : 1 bis 0,3 : 1 liegt. Floor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio of the smallest free cross-sectional area to the total area of the floor is in the range of 0.05: 1 to 0.3: 1.
Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite freie Querschnittsfläche einer Öffnung (3) mit Umlenkelement 40 bis 99 % der ersten freien Querschnittsfläche beträgt. Floor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second free cross-sectional area of an opening (3) with a deflection element is 40 to 99% of the first free cross-sectional area.
Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste freie Querschnittsfläche einer Öffnung (3) mit Umlenkelement einen viereckigen Querschnitt aufweist. Floor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first free cross-sectional area of an opening (3) with a deflection element has a square cross-section.
Boden gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (3) mit Umlenkelement so angeordnet sind, dass jeweils benachbarte Öffnungen (3) um 90° zueinander gedreht sind. Floor according to claim 6, characterized in that the openings (3) with deflection elements are arranged in such a way that adjacent openings (3) are rotated by 90° to one another.
Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) ohne Umlenkelement einen runden Querschnitt aufweisen. Floor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the openings (5) have a round cross section without a deflection element.
Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin Sprühelemente (7) umfasst sind. Floor according to one of claims 1 to 8, characterized in that spray elements (7) are also included.
Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Boden zusätzlich Wellenbrecher angeordnet sind. Floor according to one of claims 1 to 9, characterized in that breakwaters are additionally arranged on the floor.
1 1 . Stoffaustauschkolonne umfassend mindestens einen Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10. 1 1 . Mass transfer column comprising at least one tray according to one of claims 1 to 10.
12. Stoffaustauschkolonne gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffaustauschkolonne ein Abtriebsteil und ein Verstärkungsteil aufweist, die jeweils mindestens einen Boden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 enthalten, und der hydraulische Durchmesser des kleinsten freien Querschnitts jeder Öffnung (3) mit Umlenkelement im Abtriebsteil im Bereich von 4 bis 80 mm liegt und im Verstärkungsteil im Bereich von 4 bis 70 mm und der kleinste freie Querschnitt jeder Öffnung (3) mit Umlenkelement im Abtriebsteil größer oder gleich dem freien Querschnitt jeder Öffnung im Verstärkungsteil ist. 12. Mass transfer column according to claim 1 1, characterized in that the mass transfer column has a stripping part and a reinforcing part, each of which contains at least one tray according to one of claims 1 to 10, and the hydraulic diameter of the smallest free cross section of each opening (3) with a deflection element in the driven part is in the range of 4 to 80 mm and in the reinforcing part in the range of 4 to 70 mm and the smallest free cross section of each opening (3) with deflection element in the driven part is greater than or equal to the free cross section of each opening in the reinforcing part.
13. Stoffaustauschkolonne gemäß Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Boden (1 ) in der Stoffaustauschkolonne so gestaltet und befestigt ist, dass die Eigenfre- quenz des Bodens größer als 30 Hz ist. 13. Mass transfer column according to claim 1 1 or 12, characterized in that each tray (1) in the mass transfer column is designed and fastened in such a way that the natural frequency of the tray is greater than 30 Hz.
14. Stoffaustauschkolonne gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei Böden (1 ) im Bereich von 200 bis 900 mm liegt. 14. Mass transfer column according to one of claims 1 1 to 13, characterized in that the distance between two trays (1) is in the range of 200 to 900 mm.
15. Verwendung des Bodens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 als Dual-Flow-Boden in einer Stoffaustauschkolonne. 15. Use of the tray according to one of claims 1 to 10 as a dual-flow tray in a mass transfer column.
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