DD270813A3 - Einrichtung zur homogenen verteilung eines gas-/ fluessigkeitsgemisches - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verteilung eines mehrphasigen Gemisches auf einen kreisfoermigen Querschnitt. Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet sind stehende Apparate mit Laengsrohrbuendel. Ziel ist die Gewaehrleistung eines hohen rohrraumseitigen Waermeuebergangs bzw. eines hohen Stoffaustausches in stehenden Apparaten, die vertikal durchstroemt werden. Es ist Aufgabe, eine Einrichtung zur gleichmaessigen Beaufschlagung eines kreisfoermigen Querschnitts bei Einhaltung eines minimalen Druckverlustes und einfacher Montage- und Demontagemoeglichkeit zu schaffen. Dies wird dadurch erreicht, dass im oberen Bereich des Homogenisators eine abgestufte Duese und ein konisches Uebergangsstueck angeordnet sind und daran anschliessend Widerstandskoerper und untere Duese. Es erfolgt wieder eine Querschnittserweiterung und die Anordnung eines Gleichrichters, an den sich ein aus bis zu 5 konzentrisch angeordneter relativ duennwandiger Konen bestehender Diffusor anschliesst. Dabei ist das Verhaeltnis von Austritts- und Eintrittsquerschnitt jedes Diffusorkanals kleiner als das Verhaeltnis des Austritts- zu Eintrittsquerschnitt der naechst innen angrenzenden Konen. Fig. 1

Description

a) Titel der Erfindung

Einrichtung zur homogenen Verteilung eines Gas-/ PlUesigkeitsgemisohes •5

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung einee strömenden, aus flüssigen und gasförmigen, Komponenten bestehenden Gemisches auf eine Fläche mit kreisförmigem Querschnitt, z. B. auf die von einem Rohrboden mit annähernd kreisförmigem Rohrspiegel ausgehenden Rohrbündelrchre odor auf die Oberfläche einer Katalysatorsohüttung.

Die Zuführung des zweiphasigen Gemisches erfolgt dabei über einen zentrisoh angeordneten senkrechten Eintrittskanal kreisförmigen Querschnitts im Kopfbereioh des stehenden Apparates, an dessen unteren Ende sich eine Einrichtung zur Homogenisierung der teilweise phasenentmischten Strömung befindet, dem sich ein aus mehreren, konzentrischen Konen be stehender Diffusor zur verlustarmen Verzögerung der Strömung bei gleichmäßiger Gemischverteilung über dem nachfolgenden kreisförmigen Querschnitt ansohließt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung findet vorzugsweise Anwendung in stehenden Apparaten mit LängsrohrbUndel oder mit Katalysatorsohüttung, wobei die Rohrbündelrohre bzw. die Katalysatorsohüttungen von dem zweiphasigen Gemisoh von oben vertikal durchströmt werden.

Dies sind ζ. B. stehende RohrbUndelwärmeUbertrager und hydrokatalytieohe Reaktoren, welche in Anlagen der Petrol- und Karbooheraie eingesetzt werden.

o) Charakteristik der bekannten teohnisohen Lösungen

Es 1st bereits eine Anordnung zur homogenen Verteilung einer strömenden Gas- FlUssigkeitsmisohung auf mehrere parallele Rohre gemäß DE-OS 2 232 074 bekannt.

In dieser durchströmt das durch ein Rohr eintretende Gas-Flttssigkeitsgomisoh anschließend eine enge DUs?, wobei die Strömungsgeschwindigkeit kräftig zunimmt und die Hisohung homogener wird. In der darauffolgenden Kammer trifft die Mischung auf eine feste Platte, die rechtwinklig aur Hauptströmungsriohtung angeordnet ist. Die Hisohung wird gezwun gen, radial nach außen zu der Kante der Platte zu strömen, wo sie umgelenkt wird, den Spalt zwischen Platte und Außen-t wand durchströmt und unterhalb der Platte radial nach innen gelenkt wird. Die Strömung wird unterhalb der Platte auf dieRohre verteilt, welches dadurch unterstützt wird, daß eich vor der Rohrplatte eine Verteilerplatte mit kleineren Löchern befindet.

Nachteilig bei dieser bekannten teohnisohen Lösung wirken sich die Aufreohterhaltung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit über fast die gesamte Anordnung sowie die scharfen Umlenkungen an der Platte und die enorme Querschnittsverengung bei anschließender plötzlicher Erweiterung an der Verteilerplatte au3, welches insgesamt zu einem sehr hohen Druokverlust in der Einrichtung führt.

Da bei dieser Anordnung die angestrebte homogene Verteilung allein durch eine Zwangsführung der Strömung in engen Querschnitten erzielt wird, ist eine effektive Betriebsweise nur in eimm eng begrenzten Durohsatzbereioh möglich. Bei zu geringera Durchsatz der Misohphase wird ke<.ne homogene Vertei lung erzielt, während bei erhöhtem Durchsatz der Druokverlust weiter ansteigt.

Weiterhin ist eine Einrichtung zur Zuführung eines Oemisohee von flüssigem und dampfförmigem Kältemittel gemäß DD- PS 74 557 bekannt. In dieser wird das FlUssigkeits- Dampfgemisoh in eine Einspritzkammer geleitet, die in einen Misohkanal übergeht.

Duroh eine entsprechende konstruktive Gestaltung wird eine hohe Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet, so daß eine Phasentrennung in Flüssigkeit und Dampf verhindert wird. Dieses Gemisoh strömt duroh die ttberetrömöffnung. Ein Umlenkteil leitet das Gemisoh senkrecht zu den Rohren in einen Zuführungskanal. Im Zuführungskanal wird wieder im so eine Geschwindigkeit aufrechterhalten, die eine Trennung in zwei • Phasen verhindert, so daß alle Rohre mit einem Flüssigkeits-Dampfgemieoh annähernd gleicher Zusammensetzung und gleicher

Menge beaufschlagt werden.

Diese bekannte technische Lösung ruft naohteiligerweise ebenfalls einen sehr hohen Druokverlust hervor, da über einen längeren Strömungskanal mit Umlenkung eine hohe Ströraungsgesohwindigkeit aufrechterhalten wird.

Ebenso ist die Anwendung auf einen engen Durchsatzbereich begrenzt. Nachteilig an dieser bekannten technischen Lösung ist weiterhin die Einschränkung auf reohteokige Apparatequerschnitte. Ebenfalls läßt sich mit disser Einrichtungeine phasenentmischte Strömung kaum vollständig homogenisieren, sondern es wird ein homogenes Zweiphasengemisoh vorausgesetzt.

Es ist weiterhin ein Mischphasenverteiler für hydrokatalytieohe Reaktoren gemäß DD-PS 234 562 bekannt. Dieser dient der gleichmäßigen Verteilung einer flüssig/gasförmigen Misohphaae auf ein Katalysatorfestbett. Bei dieser Vorrichtung befindet sich in einem Zuströmrohr eine Düse und anschließendein oberes RohrstUok mit inneren kreisförmigen Ringen, die auf Halteblechen aufliegen, und unterhalb der Haltebleohe sind zwei Hohlzylinder angeordnet.

Dabei schließt sioh an das obere ein unteres Rohrstüok an, in dem an Streben mehrere Konen mit Umlenkbleohen angeordnet sind. Unterhalb des Umlenkbleohes des inneren Konus ist ein Bnddiffueor angeordnet. Der obere Teil dieser Vorriohtung dient der Homogenisierung der flüssig/gasförmigen Strö mung, während der untere aus Konen, umlenkbleohen und Enddiffusor bestehende Teil der gleichmäßigen Verteilung über die Oberfläche einer KatalysatortjchUttung großen Durchmessers dient. Dementsprechend arbeitet die Vorrichtung naoh dem Prinzip des Versprühens.

Diese Lösung hat den Nachteil, daß ihr effektiver Einsatz • auf Reaktoren großen Durchmessers bei niedrigen flächenspezifisohen Volumenströmen im Katalysatorfestbett beschränkt ist. Das wird damit begründet, daß bei Einsatz dieses Misohphasenverteilers im mittleren Durohmesserbereioh ein zu hoher Druckverlust eintritt und keine genügend gleichmäßige Verteilung, erzielt wird.

d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Gewährleistung eines hohen rohrraumseitigen Wärmeübergangs bzw. eines hohen StoffAustausches in einem stehenden Apparat, welcher vertikal von oben, von einem aus gasförmigen und flüssigen Komponenten bestehenden Gemisch, durchströmt wird.

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Entsprechend dem Ziel der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer Fläche mit kreisförmigen Querschnitt bezüglich eines in weiten Grenzen veränderlichen Durchsatzes und einer ebenfalls über einen weiten Bereich variablen Zusammensetzung des zweiphasigen Gemisohes bezüglich des Anteiles gasförmiger und flüssiger Kom ponenten zu schaffen, wobei der Druokverlust minimal zu halten

_ 5 —

ist sowie die Konstruktionsbauteile des Horoogenisators und des Diffusore gegenüber der duroh die Strömung induzierten Schwingungserregung verstimmt sind und die Einriohtung eine einfaohe Montage- und Demontagemögliohkeit garantiert.

Dies wird im wesentlichen daduroh erreicht, daß im oberen Bereioh des Homogenisators eine, mit im Inneren befindlichen auf den Umfang gleiohmäßig verteilten Antidrallbleohen, den Querschnitt des kreisförmigen Eintrittskanals am unterenEnde auf 25 bis 50 % vermindernde und abgestufte untere Düse angeordnet ist. Der obere Teil der Düse verengt sioh zur Symmetrieachse mit 10 bis 20° und der untere Teil, der 20 bis 30 % der DUsengesamthöhe beträgt, mit 40 bis 50". Dabei befindet sich im Übergang zwisohen den sioh verschiedenstark verengenden DUsenberei ten der abgestuften oberen Düse eine waagerechte, radial umlaufende Rille mit annähernd halbkreisförmigem Querschnitt. Im Anschluß an die abgestufte obere Düse schließt sioh ein sich erweiterndes konisches Übergangsstück an, wobei der Strömungsquer3ohnitt aufgrund eines zen-trisoh in diesem Bereioh angeordneten Widerstandskörpers annähernd konstant bleibt.

Der Widerstandskörper mit einer Höhe von ca. dem 0,5-faohen des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittskanals besteht aus einem oberen kegelförmigen Dach mit abgerundeter Spitzesowie einem unteren ZylinderstUok. In Höhe des unteren Ende des kegelförmigen Daches des Widerstandskörpers schließt sioh an das konische Übergangsstück eine aus einem Bleohmantel bestehende, den Strömungsquerschnitt auf das 0,4-bie 0,6-fache des kreisförmigen Eintrittskanals verengendeuntere Düse an. Nach der unteren Düse erfolgt wieder eine plötzliohe Quereohnittserweiterung auf den Durohmesser des kreieförmigen Eintrittskanals. Im Abstand des 1- bis 2-fachen des Durchmessers des kreisförmigen Eintrittskanals ist dazu ein aus parallelen und sich kreuzenden Haltebleohen aufgobauter Gleichrichter angeordnet, an den sich im Raum zwisohen

Homogenisator und der Pläohe des kreisförmigen Querschnitts

ein aus bis zu fünf konzentrisch angeordneter relativ dünnwandiger Konen bestehender Diffusor an. Zwisohen den dünnwandigen Konen sind radial verlaufende dünnwandige Blechstege angeordnet.

Dabei nehmen die Erweiterungswinkel der zwisohen je zwei benachbarten Konen gebildeten Diffusorkanäle von innen naoh außen ab.

Durch die Wahl des Eintrittsdurohmessers der dünnwandigen Konen und der naoh außen hin zunehmenden Höhe der einzelnenKonen ist das Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsquereohnitt jedes Diffusorkanais kleiner als das Verhältnis des Austritts- zu Bintrittsquersohnitt der nächst innen angren-• zenden Konen. Dabei endet der Austrittsquersohnitt des naoh außen hin vorletzten Konus in einem Abstand des 0,1- bis0,3-faohen des Durohmessers der kreisförmigen Fläche oberhalb dieser.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Antidrallbleohe im oberen Bereioh der abgestuften oberenDüse angeordnet sind, oberhalb der Rille enden und annähernd rechteckige Form besitzen. Dabei ragen die Antidrallbleohe etwa das 0,1- bis 0,3-faohe des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittskanals in diesen hinein. Zweckmäßigerweise ist in halber Höhe des unteren Teils der obefren Düse eineEindrehung annähernd halbkreisförmigen Querschnitts, deren Breite ca. das 0,2-faohe der Breite der Rille beträgt, eingearbeitet .

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Widerstandskörper an seinem unteren Ende über den gesaroten Umfang gleichmäßig verteilt gezackt ausgebildet ist. Dabei beträgt die Größe der Teilung 3 bis 10 ram. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die untere Düse in Höhe des unteren Endes des kegelförmigen Daches des Widerstandskörpers beginnt und sich mit einem Winkel von 10 bis 30° gegenüber der Symmetrie achse verengt.

Dabei beträgt die Gesamthöhe der unteren Düse etwa das 0,5-faoh-r des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittskanals. Weiterhin ist die Düse an ihrem unteren Rand gleiohmäßig am Umfang mit dünnen Sohlitzen versehen und jeder zweite Bleohlappen ist zwisohen den Sohlitzen bis zu 30° gegen über der übrigen Püsenkontur naoh außen ausgebogen. Der Eintrittadurohmesser des konischen UbergangestUokes ist geringfügig größer dimensioniert als der Austrittsdurohmesser der oberen Düse. Dieser ist als Tropfkante ausgeführt. 10

f) AusführungsbeiBpiel

' Die Erfindung wird anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher

erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in: 15

Erfindungsgeraäße Einrichtung im Sohnitt; Einbau der Einrichtung im Kopfbereioh eines stehenden Hoohdruok-RohrbUndelwärmeübertragers; Einzelheit X aus Fig. 1; Pig. 4: Geometrische Verhältnisse am Diffusor;

Draufsicht auf den Diffusoreintritt; Pl«. 6: Draufaioht auf den Diffusoraustritt;

Die Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung einer Zweiphasenströmung ist gemäß Ausfül-ungsbeispiel entsprechend Fig. 2im Kopfbereioh eines stehenden Hoohdruck-Rohrbündelwärmeübertragers angeordnet. Mittig in Deokel 1 des Apparates befindet sich ein senkrechter kreisförmiger Eintrittskanal 5, der in seinem Durchmesser dem der zur Zuführung des Zweiphasengemieohes notwendigen Rohrleitung außerhalb des stehenden Apparates entspricht. In diesem kreisförmigen Eintrittekanal 5 ist der Komogenisator 6 angeordnet. Im oberen Bereich des Homogenisators 6 befindet eich eine abgestufte obere Düse 9, die den Strömungsquersohnitt an ihrem unteren Ende auf 30 % verringert. Das obere Teil der abgestuften oberen Düse 9 verengt sioh gemäß AusfUhrungsbeispiel mit 10° und das untere Teil, welches 25 % der Gesamthöhe der oberen Düse9 beträgt, mit 45° zur Symmetrieachse.

Fig.	1 t
Pig.	CVl
Pig.	3:
Pig.	4:
Pig.	5:

2708 ί

Über die Höhe des oberen Teils der oberen Düse 9 sind am Umfang gleiohmäßig verteilt vier reohteokige Antidrallbleohe 8, die mit einer Tiefe des 0,25-faohen des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittekanals 5 in diesen hineinragen, angebraoht. Im Ubergangsbereioh zwisohen den eioh verschieden stark verengenden Bereiohen der oberen Düse ist umlaufend eine waagerechte Rille 10 mit annähernd halbkreisförmigem Quersohnitt eingearbeitet, deren Pläohenanteil am Qesamtquersohnitt des kreisförmigen Eintrittskanals 5 in der Größenordnung des Plüssigkeitsvolumen- anteils der Strömung liegt.

Auf halber Höhe des untere.. Teils der oberen DUoe 9 ist eine Gindrehung 11 mit halbkreisförmigem Quersohnitt, deren Breite oa. 1/5 der Breite der Rille 10 beträgt, eingearbeitet. ImAnschluß an die abgestufte obere Düse 9 folgt ein konisohes Übergangsstüok 13, wodurch sioh der Durohmesser des durohströmten Kanals bis auf 70 % des Durohmessers des kreisför-' migen Eintrittskanals 5 bei einer Höhe des Erweiterungsbereiohes von 0,3 des Durohmessers des kreisförmigen Eintritts-kanale 5 verr_ngert.

Im konieohen Übergangsstück 13 ist mittig ein Widerstandskörper 12 angebraoht, der in seinem oberen Teil entgegen der Strömungeriohtung kegelförmig mit abgerundeter Spitze ausgebildet ist, und deren unterer Teil zylindrisch und anseinem unteren stumpfen Ende gezackt ausgeführt ist. Dergrößte Durchmesser and ebenso die Höhe des Widerstandskörpers 12 betragen gemäß Ausführungabeispiel das 0,5-faohe des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittskanals 5, wobei das kegelförmige Dach 12.1 und das ZylinderstUok 12.2 gleioh hooh sindund das ZylinderstUck 12.2 des Widerstandskörpers 12 auf der Höhe des unteren Endes des konischen Übergangsstückes 13 beginnt. Da sioh im Inneren des konisohen Übergangsstückes das kegelförmige Dach 12.1 des Widerstandskörpers 12 befindet, bleibt der Kanalquereohnitt in diesem Bereioh annäherndkonetant.An das konisohe Übergangsstück 13 schließt sioh eine aus dünnem Bleoh geformte untere Düse 14 an, die gemäß Aus-

— ο —

fUhrungsbelspiel eine Höhe des 0,6-faohen dee Durohmessere des kreisförmigen Eintrittskanals 5 hat und sich mit 15° zur Symmetrieachse verengt. Am Austritt der unteren Düse 14 sind gleichmäßig am Umfang verteilt 8 Paar Schlitze von 5 cm Höhe und 1 om Abstand eingearbeitet. Vcn den dadurch entstehenden schmalen Bleohlappen ist im AusfUhrungsbeispiel jeder zweite um 25* gegenüber der übrigen Düsenkontur nach außen weggebogen

Am Ende der unteren Düse 14 erweitert sich der Strömungsquerschnitt sprunghaft auf den Wert des kreisförmigen Eintritte kanals 5. Im Abstand des Durchmessers des kreisförmigen Eintrittskanals 5 folgt zur unteren Düse 14 ein Gleichrichter 15. Dieser ist im Ausführungsbeispiel aus sechs rechteckigen Blechstreifen mit einer Höhe des 0,5-fachen des Durchmessersdes kreisförmigen Eintrittskanals 5 aufgebaut. Dabei liegen jeweils drei Bleche im gleichen Abstand parallel zueinander, während die übrigen ebenfalls zueinander im gleichen Abstand parallel angeordneten Bleche rechtwinklig die erstgenannten Bleche kreuzen, wodurch der Kanalquersohnitt segmentiert ist.

Im Abstand des 0,5-faohen des Durchmessers des kreisförmigen Eintrittskanals 5 vom Gleichrichter 15 beginnt sich der Strömungsquerschnitt auf den Rohrspiegeldurchmesser gleichmäßig zu erweitern. Dieses Erweiterungsverhältnis beträgt 1:5 beieinem Erweiterungswinkel von 30°. In diesem Bereich ist der aus konzentrisch zueinander angeordneten Konen 16 bestehender Diffusor 7 angebracht. Gemäß Ausfuhrungsbeispiel besteht der Diffusor 7 aus fünf dünnwandigen Konen 16 mit von innen nach außen zunehmender Höhe, wobei der äußerste Konus 16 den gesamten Brweiterungsbereich zwischen Austritt des kreisför migen Eintrittskanals 5 und Rohrboden 3 nach außen begrenzt. Durch die konzentrische Anordnung der fünf Konen 16 wird der StrömungsquerHohnitt in ebenfalls fünf Diffusorkanäle 17 unterteilt. Der innerste kreisförmige Diffusorkanal 17 wirddabei durch die Innenkontur sowie den Eintritts- und den Austrittsquerschnitt des innersten Konus 16 begrenzt. Die weiter

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außen liegenden Mffusorkanäle 17 werden jeweils durch einen inneren und einen äußeren Konus 16, die gemeinsamen Eintrittshöhen der Konen 16 und die Austrittshöhe des jeweils inneren Konus 16 begrenzt.

Durch die Wahl der Eintrittsdurchmesser, der Höhe, und der nach außen abnehmenden Erweiterungswinkel der Konen 16 wird gewährleistet, daß das Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsquerschnitt der äußeren Diffusorkanäle 17 jeweils kleiner ist als das Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsquerschnitt des durch die Tnnenkontur des jeweils inneren Konus 16 begrenzten inneren Strömungskanals.

Im Ausfuhrungsbeispiel wird dies durch eine geometrische Aufteilung gemäß folgender Tabelle und dazugehöriger Figur 4 erzielt:

Konus-Nr.

Diffusorka- nal-Nr.

FJ. K

16.1	0	,2	D	0,65	D	1 ,60	D	8°	8°	17,1	10	,7	1	0	,6
20 16.2	0	,4	D	1 ,40	D	1 ,87	D	15°	7°	17,2	12	,8	1	2	,3
16.3	0	,6	D	2,24	D	2,13	D	21 °	6°	17,3	15	,3	1	3	,9
16.4	0	,8	D	3,14	D	2,40	D	26"	5°	17,4	17	,3	1	5	,4
16.5	1	,0	D	5,00	D	3,46	D	30°	4°	17,5	37	,5

D d.

⁽Wd

Durchmesser des kreisförmigen Eintrittskanals Eintrittsdurchmesser des Konus

Austrittsdurchmesser des Konus

Höhe des Konus

Erweiterungswinksl des Konus zur Symmetrieachse

Differenz der Erweiterungswinkel benachbarter

Konen

Austritts- zu Eintrittsquerschnitt des Diffu-

sorkanala

Austritts- zu Einfcrittsquerschnitt des nächst

inneren Konus (gesamter weiter innenliegender

Gtrömungskanal)

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Der zweite äußerste Konus 16 endet gemäß Ausfuhrungsbeispiel in einem Abstand von etwa 1,5 des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittskanals 5 oberhalb des mit parallelen Rohrbündelrohren k versehenen Rohrboden 3

5

Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt: Da sioh in der Zuströmleitung zum Kopfbereioh des stehenden Apparates zumeist eine teilweise phaeenentmlsohte ungleichmäßige Zweiphasenströmung ausbildet, ist diese vor der Fläche kreisförmigen Querschnitts, welcher im AusfUhrungsbeispiel dem Rohrboden entspricht, zu homogenisieren und verlustarm gleiohmäßig auf diesen aufzuteilen. Der gleichmäßigen Verteilung der Zweiphasenströmung über den Querschnitt des kreisförmigen Eintrittskanals dient der Homogenisator.

Durch die Antidrallbleche im oberen Bereich des Homogenisators wird ein möglicher, der Gleichverteilung der Gas-/ Flüssigkeitsströmung entgegenstehender Drall abgebaut. Eine derar- · tige unerwünschte verdrallte Zweiphasenströmung kann z. B. durch Krümmer, Winkelstücke und dergleichen im Rohrleitungssystem vor dem Apparat entstehen. In der abgestuften oberen Düse wird das aus flüssigen und gasförmigen Komponenten bestehende Zweiphasengemisch beschleunigt und in Richtung Kanalmitte gelenkt. Die waagerechte umlaufende Rille bewirkt eine gleichmäßige Umfangsverteilung der flüssigen Komponenten des Gemisches, sofern eine Ungleichverteilung, z. B. in Form einer einseitigen Flüssigkeitsbeaufschlagung bzw. eines ungleichmäßigen FlUssigkeitsfilmes an der Kanalwand vorliegt. Bei geringen Flüssigkeitsbelastungen wird dieser Effekt duroh die Eindrehung in halber Höhe de« unteren Teiles der oberen Düse

;i weiter verstärkt. Der Eintritcsdurchmesser des konischen Ubergangestüokes ist geringfügig größer als der Austrittsdurchmesser der oberen Düse, wobei die Unterkante der oberen Düse in diesem Bereioh als Tropfkante ausgebildet ist, um garantiert eine Ablösung des FlUssigkeitsfilmes von der Wand zu bewirken.

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Daa mittig gelenkte und auf Grund der Rille der Eindrehung und der Wirkung der abgestuften oberen DUse aohon teilweise homogenisierte Gemisch prallt gegen das kegelförmige Daoh des Widerstandskörpers und läuft dort ab bzw. wird im Strömungekanal und nachfolgend im Bereich zwischen unterer Düse und ZylinderetUok des Widerstandskörpers weiter homogenisiert. Hinter dem Widerstandskörper bildet sich ein intensives Wirbelgebiet aus, ebenso am Austritt der unteren Düse. Innerhalb v?ieeer Wirbelgebiete kommt es zu einer verstärkten Durchmischung der flüssigen und gasförmigen Komponenten und damit zur Gleiohverteilung des Gemisches. Dieser Effekt wird durch die Zacken am unteren Ende des Widerstandskörpers weiter verbessert. Durch Abtropfen des Plüssigkeitsfilmes wird eine feine Dispergierung der flüssigen Komponenten erreicht.

Der am unteren Ende des Homogenisators angeordnete Gleichrichter baut größere Wirbel ab und gewährleistet damit eine· Gleichverteilung des fein dispergierten Zweiphasengemisches vor Eintritt in den Diffusor. Der Homogenisator insgesamt bewirkt eine weitgehende Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsprofiles über den Querschnitt des kreisförmigen Eintrittskanals bei einer gleichzeitig erzielten homogenen Verteilung der flüssigen und gasförmigen Komponenten des Gemisches. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird dieser Effekt über einen sehr weiten Durchsatz- und Variationsbereich in der Zusammensetzung des zweiphasigen Gemisohes erreicht. Die Wirksamkeit des Homogenisators ist damit unabhängig von der aus Durchsatz, Eigenschaften und Anteil der flüssigen und gasförmigen Gemischkomponenten sowie von der aus der Geometrie der Zufünrungsleitungen außerhalb des Apparates resultierenden Strömungeform im Eintrittsquerschnitt des kreisförmigen Eintrittskanals. Bei den verschiedenen Ströraungsforraen werden verschiedene Elemente des Homogenisators besonders wirksam, z. B. die Antidrallbleohe bei verdrallter Zweiphasenströmung und die Rille in der abgestuften Düse in Verbindung mit der Eindrehung bei geringer bzw. am Umfang ungleichmäßiger Flüssigkeit sbeaufschlagung.

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Da bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Homogenisators die Duronmisohung und Dispergierung der Phasen im wesentlichen im Wirbelfeld hinter dem Widerstandskörper bzw. der unteren Düse erfolgt, wird gegenüber dem bekannten Stand der Technik ein geringerer Druokverlust erreicht. Der sich an den Homogenisator anschließende Diffusor dient der verlustarmen Verzögerung der Strömung im sich erweiternden Strömungskanal zwischen Austritt des kreisförmigen Eintrittekanals '•.nd der Fläche kreisförmigen Querschnitts, auf welche zu verteilen ist bei einer erforderlichen Aufreohterhaltung der homogenen Phasenverteilung des Qemieohes und eines vergleiohmäßigten Geschwindigkeitsprofiles. Dies wird durch die im AusfUhrungsbeispiel beschriebene geometrische Gestaltung des aus konzentrischen Konen bestehenden Diffusors erreicht. Da bei dieser Ausgestaltung das Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsquerschnitt der äußeren Diffusorkanäle jeweils kleirer ist als das Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsquer-, schnitt des durch die Innenkontur des jeweils inneren Konus begrenzten Strömunj.skanales liegt im Austrittsquerschnitt dieses inneren Kanals eine etwas geringe Geschwindigkeit vor. Die erhöhte Austrittsgeschwindigkeit im jeweils äußeren Kanal bewirkt unmittelbar am Ende des inneren Kanals eine radial nach außen gerichtete Sogwirkung. An der Innenoberfläche der äußeren Begrenzung von Diffusorkanälen können sich leicht verlustreiche Ablösewirbel ausbilden. Dieser negative Effekt wird bei zweiphasigen Strömungen mit gasförmigen und flüssigen Gemischkomponenten durch den sich immer ausbildenden PlUssigkeitsfilm an der Kanalwand noch gefördert. Dem wirkt bei der erfindungagemäßen Diffusorgestaltung die nach außen gerichtete Sogwirkung entgegen. Die Entstehung derartiger Ablösewirbel wird praktisch verhindert.

Während übliche, dem Stand der Techrik entsprechende Multidiffusoren mit gleichem Erweiterungewinkel zwischen den einzelnen Diffusorkanälen am Diffusoraustritt ein konvexes

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Gesohwindigkeitsprof11 aufweisen, welches Im betrachteten Anwendungsfall zu einer geringeren Beaufschlagung der fläohenmäßig entscheidenden äußeren Rohrspiegelbereiohe führen würde, bewirkt der erfindungsgemäße Diffusor am Austritt der einzelnen Diffusorkan".le ein radial nach außen leicht überhöhtes Gesohwindigkeitsprofil, welches sich aufgrund der nach außen zunehmenden Höhe der einzelnen DIffusorkanäle schnell wieder ausgleicht. Unmittelbar vor dem Rohrboden liegt ein gleichmäßiges Gesohwindigkeitsprofil mit homogener Phasenverteilung vor. Dadurch wird eine gleichstarke Beaufschlagung aller Rohrbündelrohre bzw. der gesamten Oberfläche eines Katalysatorbettea bei homogener Phasenverteilung erreicht, wodurch ein hoher rohrraumseitiger Wärmeübergang bzw. ein hoher Stoffaustausoh gewährleistet wird.

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Claims (6)

1. 2 7 O β 1

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   Patentanspruch

   1. Einrichtung zur homogenen Verteilung eines Gas- Flüssigkeitsgemisches, welohes durch einen senkrechten kreisförmigen Eintrittskanal zentrisoh im Kopfbereioh eines stehen den Apparates zugeführt wird auf eine Pläohe mit kreisförmigem Querschnitt, wobei die Einrichtung in ihrem oberen Bereich einen den Querschnitt des Eintrittskanals verengenden Homogenisator besitzt und sich in dem zwischen Homogeni-sator und der Fläche kreisförmigen Querschnitts erweiternden Raum ein aus mehreren konzentrisch angeordneten Konen bestehender Diffusor anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Homogenisators (6) eine mit im Inneren befindlichen auf den Umfang gleichmäßig verteilten Antidrallblechen (8), den Querschnitt des kreisförmigen Eintrittska nals (5) am unteren Ende auf 25 bis 50 % vermindernde abgestufte obere Düse (9) angeordnet ist, deren oberer Teil sich mit 10 bis 20* und deren unterer Teil, welcher 20 bis 30 % der DUsengesamthöhe beträgt, sich mit 40 bis 50° zur Symmetrieachee verengt, wobei sich im übergang zwischen den sich verschieden stark verengenden DUsenbereiohen eine waagerechte radial umlaufende Rille (10) annähernd halbkreisförmigen Querschnitts befindet, und daß sich im Anschluß an die obere Düse (9)'ein sich erweiterndes konisches Übergangsstück (13)anschließt, wobei der Strömungsquersohnitt auf Grund eines zentrisoh in diesem Bereioh angeordneten Widerstandskörpers (12) annähernd konstant bleibt, und daß der Widerstandskörper

   (12) mit einer Höhe von ca. 1/2 des Durohmessers des kveis-

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   förmigen Eintrittskanals (5) aus einem oberen kegelförmigen Daoh (12.1) mit abgerundeter Spitze sowie einem unteren Zylinderetüok (12.2) besteht, und daß sich in Höhe des unteren Endes des kegelförmigen Daches (12.1) des Widerstandskörpers (12) sich an das konische Übergangsstück (13) eine aus einem Bleohmantel bestehende den Strömungsquersohnitt auf das 0,4 bis 0,6-faohe des kreisförmigen Eintrittskanals (5) verengende untere Düse (14) anschließt, und daß nach der unteren Düse (14) wieder eine plötzliche Quereohnittserweiterung auf den Durchmesser des kreisförmigen Eintrittskanals (5) erfolgt und im Abstand des 1- bis 2-faohen des Durohmessers des kreisförmigen Eintrittskanals (5) dazu ein aus parallelen und sioh kreuzenden Haltebleohen aufgebauter Gleichrichter (15) angeordnet ist, an den siohim Raum zwischen Homogenisator (6) und der Fläche kreisförmigen Querschnitts ein aus bis zu fünf konzentrisch angeordneter relativ dünnwandigen Konen (16) bestehender Diffusor anschließt und zwischen den dünnwandigen Konen (16) radial verlaufende dünnwandige Blechstege (18) angeordnet sind,wobei die Erweiterungewinkel der zwischen je zwei benaohbarten Konen (16) gebildeten Diffusorkanäle (17) von innen nach außen abnehmen, und daß durch die Wahl dos Eintrittsdurohmessers der dünnwandigen Konen *ind der nach außen hin zunehmenden Höhe der einzelnen Konen (16) das Verhältnis vonAustritts- zu Eintrittsquersohnitt jedes Diffusorkanais (17) kleiner ist als das Verhältnis des Austritts- zu Eintrittsquerschnitt des nächst innen angrenzenden Konus (16), wobei der Austrittsquerschnitt des nach außen hin vorletzten Konus (16) in einem Abstand des 0,1- bis 0,3-faohen des Durohmes-·sere der kreisförmigen Fläche oberhalb dieser endet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antidrallbleohe (8) im oberen Bereich der abgestuften oberen Düse (9) angeordnet sind, oberhalb der Rille (10) enden und annähernd reohteokige Form besitzen, wobei die Antidrallbleohe (8) etwa das 0,1- bis 0,3-fache des Durchmessers des kreisförmigen Eintrittskanals (5) in diesen hineinragen. - 17 -

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3. 3. Einrichtung naoh Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß in oa. halber Höhe des unteren Teils der oberen Düse (9)eine Eindrehung (11) annähernd halbkreisförmigen Querschnitts, deren Breite ca. 1/5 der Breite der Rille (10) beträgt, eingearbeitet ist.
4. 4. Einrichtung naoh Anspruoh 1, daduroh gekc inzeiohnet, daß der Widerstandskörper (12) an seinem unteren Ende über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt gezackt ausgebildet ist,wobei die Größe der Teilung 3 bis 10 mm beträgt.
5. 5. Einrichtung naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Düse (14) Bioh mit einem V/inkel von 10 bis 30° gegenüber der Symmetrieachse verengt, wobei die Gesamthöheder unteren Düse 'Ί4) etwa das 1/2-faohe des Durchmessers des kreisförmigen Eintrittskanals (5) beträgt und diese an ihrem unteren Rand gleichmäßig am Umfang mit dünnen Schiit-· zen versehen ist und jeder zweite Blechlappen zwisohen den Schlitzen bis zu 30° gegenüber der übrigen DUsenkontur naohaußen aufgebogen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Eintrittsdurchmesser des konischen Übergangsstückes (13) geringfügig größer dimensioniert ist als der Austrittsdurchmesser der oberen Düse (9), wobei dieser als Tropfkante aus geführt ist.

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