CH646877A5 - Fluessigkeitsverteiler fuer stoffaustauschkolonnen. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler zum Einbau in Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus einem im Betrieb waagerechten Hauptverteilerelement und quer zu diesem angeordneten Verteilerrinnen, welche Bohrungen zum Austritt der zu verteilenden Flüssigkeit aufweisen.

Verteileinrichtungen haben die Aufgabe, einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom in möglichst viele Teilströme so zu zerteilen, dass sich für alle Teilflächen des zu berieselnden Kolonnenquerschnittes eine gleiche oder innerhalb akzeptabler Grenzen schwankende Flüssigkeitsbelastung (Einheit: m3/m2/sec) ergibt. Gleichzeitig müssen die Verteileinrichtungen so gestaltet sein, dass sie dem aufsteigenden Dampf- oder Gasstrom nicht den Weg versperren.

Bisher gibt es im wesentlichen drei Wirkungsprinzipien, nach denen eine Flüssigkeitsverteilung im oben beschrieben Sinn verwirklicht werden kann.

1.1 Verteilung in einen Tropfenschwarm durch eine Zerstäuberdüse:

Dieses Prinzip bringt nur dann befriedigende Ergebnisse, wenn ein bestimmter Vordruck (etwa 1 bar) zur Verfügung steht.

Beispiel: Düse

1.2 Überlauf über ein Wehr Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale oder einem Rinnensystem zugeführt, deren Wände an ihren Kanten mit mehreren Einkerbungen beliebiger Form versehen sind, durch die die Flüssigkeit in Form eines Überfalles ausströmt.

Beispiel: Tüllenverteiler

1.3 Ausfluss aus einer Bohrung

Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale, einem Rinnensystem oder einer Rohranordnung zugeführt, die alle auf einer Unterseite eine Reihe von Bohrungen besitzen, aus denen die Flüssigkeit infolge des hydrostatischen Druckes ausströmt.

Beispiel: Röhrenverteiler, Ringbrause

Diese bekannten Prinzipien haben schwere Nachteile:

zu 1.1 Dieses Prinzip lässt sich nicht mit natürlichem Zulauf innerhalb einer Kolonne einsetzen (z. B. für die Widerverteilung).

Zu 1.2 Das Prinzip «Überlauf über ein Wehr» hat die Nachteile, dass es mit befriedigender (Abweichung der Volumenteilströme vom mittleren Volumenteilstrom: ca. 30%) Genauigkeit nur bei grossen Volumenströmen arbeitet und, dass die Genauigkeit prinzipiell begrenzt ist.

So gelten für eine rechteckige bzw. dreieckige Kerbe folgende Beziehungen:

V~h'l/^= h1'5 h. Überlaufhöhe bzw.

V~h2-|/h = h2-5 V: Volumenstrom

So ergibt eine Schwankung der Überlaufhöhe h um ± 20% eine Schwankung des Teilvolumenstromes im ersten Fall um ca. 30% und im zweiten Fall um ca. 50%.

Erschwert wird die Konstanthaltung der Teilvolumenströme zusätzlich dadurch, dass die absoluten Überlaufhöhen meistens sehr gering sind (2 bis 6 mm) und deshalb eine zulässige Schwankung von V selbst von 30% hohen Anforderungen an den genauen Einbau des Verteilersystems stellt.

Die handelsüblichen Verteilerböden arbeiten nach dem Wehrprinzip. Ihre Herstellkosten sind hoch wegen der erforderlichen Fertigungsgenauigkeit.

Besteht der Verteilerboden aus einer Schale mit Tüllen, so ist der freie Dampfquerschnitt nicht grösser als 50%. Er wird noch kleiner, wenn gefordert wird, dass der Kolonnenquerschnitt bis zum Rand gleichmässig mit Flüssigkeit beaufschlagt werden soll.

Zu 1.3 Dieses Prinzip hat zwar eine erheblich höhere Genauigkeit (V ~h0,5) und eignet sich auch für kleinere Mengen; es besitzt aber wieder entscheidende Nachteile:

Kleine Bohrungen, wie sie für kleine Flüssigkeitsmengen erforderlich sind, verstopfen bei verschmutzten Medien.

Die Gleichmässigkeit der Teil volumenströme ist z.B. bei einem Rohrsystem nicht optimal, da je nach der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit der statische Druck an den einzelnen Ausflussbohrungen verschieden hoch ist (Bornoul-li'sche Energie-Gleichung).

Beispiel: Röhrenverteiler

Werden dagegen grössere Rohrquerschnitte gewählt, um kleinere Strömungsgeschwindigkeiten und damit kleinere Differenzen des hydrostatischen Druckes an den einzelnen Bohrungen zu erhalten, so erhöht sich weiter die Gefahr der Ansammlung von Verschmutzungen, weil die Strömungsgeschwindigkeit sinkt.

Es gibt auch Flüssigkeitsverteiler, bestehend aus einer Schale und kleinen Tüllen, aus denen die Flüssigkeit getrennt vom Dampfstrom, für den eigene, grössere Tüllen vorgesehen sind, austritt. Diese Verteiler haben, wie unter 1.2 erwähnt, nur freie Dampfquerschnitte von < 50%.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile bekannter Verteilungssysteme zu umgehen und eine Verteileinrichtung zu schaffen, die die Flüssigkeit in optimaler Weise gleichmässig auf die Kontaktfläche der Austauschkolonne verteilt und die folgende Vorteile besitzt:

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- kleinste Flüssigkeitsbelastungen; d. h. sichere Funktion auch bei kleinsten hydrostatischen Drücken;

- Flüssigkeitsverteilung bis zum Rand der Packung (erforderlich bei geordneten Kolonnenpackungen);

- grosser freier Dampfquerschnitt;

- Unempfindlichkeit für Lageabweichungen;

- Unempfindlichkeit für Verschmutzung;

- grösserer Arbeitsbereich f yVmin J

- kostengünstige Fertigung;

- Möglichkeit der kostengünstigen Anpassung an die häufigsten Einsatzfälle und Aufgabenstellungen.

Dieses Ziel wird mit einem Flüssigkeitsverteiler eingangs beschriebener Art erreicht, welcher die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches 1 aufgeführten Merkmale besitzt.

In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Ausführungsform; Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Ausführungsform, und Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine Rinne mit einem eingehängten Abtropfelement (hier: Drahtschlaufe).

Der Verteiler besteht aus einer Anzahl parallel angeordneter Rinnen (2), die an ihrer Unterseite durch ein Querrohr (1) derart miteinander verbunden sind, dass sich die Flüssigkeitsstände in den einzelnen Rinnen (2) nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren einstellen können.

In dieses Querrohr (1) wird an beliebiger Stelle der zu verteilende Flüssigkeitsstrom eingespeist. Die Rinnen (2) weisen an ihren Seiten in beliebigen Abständen sich gegen646 877

überliegende Bohrungen (3) auf, die alle einen einheitlichen Abstand von der Rinnenoberkante haben. Der hier dargestellte Verteiler ist so gefertigt, dass alle Rinnenoberkanten und damit auch die Bohrungen (3) auf der gleichen Höhe liegen. In die Bohrungspaare sind Drahtschlaufen (4) eingehängt, die bewirken, dass a) der Ausströmungsquerschnitt vermindert wird und b) die beiden Teilströme aufgrund der Oberflächenspannung der austretenden Flüssigkeit vereinigt werden und unterhalb der Rinne vom Draht abtropfen oder -laufen.

Bei grossen Flüssigkeitsmengen dagegen tritt die Flüssigkeit in zwei freien Strahlen aus und vergrössert die Gleich-mässigkeit der Berieselung (die Fläche pro Teilvolumenstrom wird halbiert).

Durch entsprechende Dimensionierung der Ausströmquerschnitte und Rinnenhöhe lassen sich beliebige Arbeitsbereiche der Verteileinrichtung erreichen. Der Arbeitsbereich der Verteileinrichtung kann auch dadurch vergrössert werden, dass man die Ausflussbohrungen in der Höhe gestaffelt anordnet, so dass sie nacheinander in Funktion treten.

An der Unterseite des Querrohres sind mehrere ausgehalste Bohrungen (5) vorgesehen, durch die eingedrungener Abrieb der Kolonnenpackung (bei der Verwendung als Wiederverteiler) fortgeschwemmt werden kann.

Die Anzahl der Rinnen und die Anzahl der Bohrungen ist beliebig. Die Abmessungen der Rinnen und ihr Abstand voneinander kann den jeweils gegebenen Erfordernissen an-gepasst werden.

Die Abtropfelemente bestehen vorzugsweise aus chemisch resistentem Material.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

646 877 PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssigkeitsverteiler zum Einbau in Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus einem im Betrieb waagerechten Hauptverteilerelement (1) und quer zu diesem angeordneten Verteilerrinnen (2), welche Bohrungen (3) zum Austritt der zu verteilenden Flüssigkeit aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Flüssigkeitsverteiler besteht aus Glas;

b) das Hauptverteilerelement (1) ist ein Rohr;

c) die Verteilerrinnen (2) sitzen auf diesem Rohr;

d) die Bohrungen (3) sind an den Seitenwänden der Verteilerrinnen (2) paarweise einander gegenüber angeordnet;

e) in die Bohrungen sind Abtropfelemente derart eingehängt, dass im Betrieb die aus den Bohrungspaaren austretende Flüssigkeit in Form eines einzelnen, senkrechten Flüssigkeitsstromes abläuft.

2. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

das Abtropfelement ist eine verdrillte Drahtschlinge (4) mit zwei freien, hakenförmigen Enden, die in jeweils ein Bohrungspaar eingehängt sind.

3. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

die Drahtschlinge besteht aus Metall.

4. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

das Abtropfelement besteht aus einem Metallstreifen.

5. Flüssigkeitsverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

die Bohrungen sind in wechselnder Höhe angeordnet.