DE1077186B

DE1077186B - Kontaktboden fuer Austauschsaeulen

Info

Publication number: DE1077186B
Application number: DEST8053A
Authority: DE
Original assignee: Stone and Webster Engineering Corp
Current assignee: Stone and Webster Engineering Corp
Priority date: 1953-09-04
Filing date: 1954-04-14
Publication date: 1960-03-10
Also published as: GB758048A; BE528686A; FR1103066A; US2767967A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktboden für Austauschsäulen, beispielsweise Fraktionierkolonnen, mit deren Hilfe eine innige Berührung einer Flüssigkeit oder eines flüssigkeitsähnlichen Feststoffes mit Gas oder Dampf oder mit einer leichteren und unmischbaren Flüssigkeit im Gegenstrom bewirkt wird.

Bekannt sind durch Falleitungen miteinander verbundene Böden in Fraktionierkolonnen, wobei diese gelegentlich eine gewellte Form aufweisen, um die Flüssigkeit in Ströme, die zu den Falleitungen führen, aufzuteilen. Die bekannten Kontaktböden sind mit Öffnungen versehen, die für den Durchtritt des aufwärts strömenden Dampfes od. dgl. dienen.

Demgegenüber betrifft die Erfindung einen solchen Kontaktboden, der es erlaubt, stets eine Flüssigkeitsoder Schaumschicht auf ihm stehen zu haben, wobei die gesamte abwärts strömende Flüssigkeit und der gesamte aufwärts strömende Dampf gezwungen wird, durch die öffnungen des Kontaktbodens zu fließen bzw. zu strömen. Dadurch wird bei richtiger Dosierung der zugeführten Flüssigkeit bzw. des zugeführten Dampfes oder Gases eine Schaumbildung entstehen, und die mit den erfinderischen Kontaktböden zu erzielende große Turbulenz und die sich daraus ableitende Schaumbildung resultieren in einem hohen Wirkungsgrad. Der Boden kann jedoch anstatt in Fraktionierkolonnen auch in Waschtürmen Verwendung finden, wo es auf die Schaumbildung auf seiner Oberfläche nicht ankommt, wo dagegen eine möglichst gute Selbstreinigung angestrebt wird. Damit weist der Kontaktboden nach der Erfindung eine sehr große Operationselastizität auf, die als erheblicher Vorteil angesehen wird.

Der Kontaktboden für Austauschsäulen nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber bekannten dadurch aus, daß er wellenförmig ausgebildet und über seine ganze Fläche mit verhältnismäßig kleinen Lochungen versehen ist, die bei abgewickeltem Boden gleiche Größe und gleichen Abstand voneinander aufweisen, wobei Zu- und Ablauf rohre von Boden zu Boden fehlen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht und an Hand dieser nachfolgend beschrieben. Es stellt dar:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine mit den Kontaktböden nach der Erfindung ausgerüstete Fraktionierkolonne, wobei die Kontaktböden in dieser Kolonne abwechselnd im rechten Winkel zueinander versetzt angeordnet sind,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 längs der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Fraktionierkolonne, ähnlich der nach Fig. 1, anderer Ausführungsform,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 3 längs der Linie 4-4,

Kontaktboden für Austauschsäulen

Anmelder:

Stone & Webster Engineering Corporation, Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C-H. Huß, Patentanwalt,
Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. September 1953

Fig. 5 bis 8 Vertikalschnitte durch verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kontaktbodens,

Fig. 9 bis 11 Aufsichten auf andere abgewandelte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kontaktbodens.

In Fig. 1 ist allgemein mit 10 eine Fraktionieroder Rektifizierkolonne bezeichnet, die mit einer Mehrzahl von Kontaktboden 12, 14, 16 und 18 nach der Erfindung ausgerüstet ist, die jeweils mit Öffnungen 36 versehen sind.

Der Kontaktboden nach den Fig. 1 und 2 weist gerade, parallele, regelmäßige Wellen von sinusförmiger oder annähernd sinusförmiger Gestalt auf, die parallel zum Durchmesser der Scheibe liegen. Dadurch entstehen hohe Flächen 48 und niedrige Flächen 50.

Die Kontaktboden werden längs ihres Umfanges

am oder im Kolonnenmantel 20 'befestigt, so daß die durch die Böden festgehaltene Flüssigkeit nur durch die Öffnungen 36 abwärts und nicht über den Rand der Scheibe seitwärts übertreten kann. Die Fraktionierkolonne ist in bekannter Weise durch einen Deckel 22 und einen Boden 24 abgeschlossen. ■

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung bedecken die verhältnismäßig kleinen Öffnungen, abgesehen von einem Befestigungszwecken dienenden. Rand, des Bodens seine ganze Fläche, und die öffnungen weisen bei abgewinkeltem Boden gleiche Größe und gleichen Abstand voneinander auf, wie dies deutlich aus Fig. 2 hervorgeht.

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Die Fig. 1 und 2 zeigen ferner die notwendigen, nicht zur Erfindung gehörenden Einrichtungen einer Fraktionierkolonne, z, B. die in einem Verteilerrohr 30 durch Ventil 28 gesteuerte Zuleitung für die Flüssigkeit 26, die Dampfableitung 32 mit Ventil 34, die Dampfzuleitung 40 mit Ventil 42 und die durch Ventil 46 gesteuerte Ableitung 44 für die schweren Rückstände oder Bodensätze am Boden der Kolonne.

Beim Betrieb einer mit den erfindungsgemäßen Kontaktböden ausgerüsteten Austauschsäule gelangt die Flüssigkeit durch das Verteilerrohr 30 zunächst auf den oberen Boden 12 und von hier abwärts durch die Öffnungen 36 auf die darunterliegende Scheibe und so fort, und zwar in erster Linie an den niedrigen Flächen 50 in mehr oder weniger unterbrochenem Strahl 38. Dabei wird, und dies ist der angestrebten Schaumbildung sehr dienlich, der Kontaktboden stets eine gewisse Flüssigkeitshöhe aufnehmen, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, etwas höher, als die Wellenkämme hoch sind, sein soll.

Gleichzeitig mit dieser abwärts fließenden oder im Rückfluß befindlichen Flüssigkeit, die die schwere Phase darstellt, wird durch die Leitung 40 die leichte Phase in die Kolonne eingeführt, die Gas oder Dampf oder eine Flüssigkeit sein kann, die in der Kolonne verdampft oder vergast werden soll. Das Gas oder der Dampf strömt durch die aufeinanderfolgenden Kontaktböden 18, 16, 14, 12, vermischt sich mit der auf diesen stehenden und durch diese hindurchfließenden Flüssigkeit und wird dabei rektifiziert.

Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 einer Austauschsäule weicht von der nach den Fig. 1 und 2 nur hinsichtlich der Anordnung der erfindungsgemäßen Kontaktböden ab. Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß in der Flüssigkeitsschicht zwischen der Ebene 52 und der Ebene, die den höchsten Punkten 48 der Scheibe entspricht, ein gleichmäßiges Hindurchperlen quer über den gesamten wirksamen Teil der Kontaktfläche stattfindet, ganz gleich ob der Dampf durch hohe oder niedrige Flächen tritt. Dieses Hindurchperlen wird durch die Aufwärtsströmung des Dampfes durch die öffnungen 36 und durch die darüberliegende Flüssigkeitsschicht der leichteren Flüssigkeit, die im Gegenstrom zu der abwärts fließenden schwereren Flüssigkeit aufwärts wandert, erzeugt. Eine schaumförmige Masse 54 der gemischten Phasen wird sich demnach auf den Böden ausbilden.

Da die Schichtdicke der Flüssigkeit über den hohen Bereichen 48 jeder Scheibe geringer als die Schichtdicke über den niedrigen Flächen 50 ist, werden Flüssigkeitszonen verschiedenen statischen Drucks erzeugt, so daß ein Aufwärtsströmen der leichten Phase durch die Öffnungen 36 an den höheren Flächen und ein Abwärtsströmen der schwereren Phase an den niedrigen Flächen erleichtert wird. Da jedoch die Böden einen sanften und allmählichen Übergang von hohen zu niedrigen Flächen aufweisen, wird keine plötzliche Unterbrechung der Fließbedingungen eintreten, wodurch eine glatte und vollständige Vermischung der beiden Phasen mit der Schaumfläche oder -zone 54 eintritt und letztere sich gleichmäßig über die ganze Kontaktbodenfläche ausbreitet.

An Stelle der in den Fig. 1 bis 4 zur Anschauung gebrachten sinusförmigen oder annähernd sinusförmigen wellenförmigen Ausbildung können auch je nach dem gewünschten Strömungsbild andere, sich dem gleichen Grundgedanken unterordnende Querschnittsformen möglich sein, wie in den Fig. 5 bis 8 gezeigt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 weist der Kontaktboden 60 Öffnungen 61 auf, die in aneinanderfolgenden regelmäßigen V-förmigen Wellungen liegen. Bei dem in Fig. 6 zur Anschauung gebrachten Muster hat die Scheibe 62 mit den Öffnungen 63 hohe, gekrümmte Flächen 64 und niedrigere, flache Flächen 65, die durch gekrümmte und geneigte Flächen 66 miteinander verbunden sind. Bei der in Fig. 7 gezeigten Abwandlung eines Querschnittes durch einen erfindungsgemäßen Kontaktboden 67 mit Öffnungen 68 sind benachbarte hohe und niedrige, flache Flächen 69 und 70 durch gerade, geneigte Flächen 71 miteinander verbunden, und bei dem Beispiel nach Fig. 8 eines Kontaktbodens 72 mit öffnungen 73 sind hohe, flache Flächen 73 und niedrige, gekrümmte Flächen 74 durch gerade und geneigte Flächen 75 miteinander verbunden.

Andere mögliche Ausführungsformen, die sich nicht auf eine Variation der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Wellenausbildungen, sondern auf deren gegenseitige Zuordnung beziehen, sind in den Fig. 9 bis 11 zur Anschauung gebracht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 weist der Kontaktboden 76 mit Öffnungen 77 sinusförmige, konzentrisch zueinander angeordnete Wellungen mit Wellenbergen 78 und Wellentälern 79 auf, während gemäß Fig. 10 die Wellungen des Kontaktbodens 80 mit Öffnungen 81 in schachbrettartiger Weise mit wechselnden Feldern 82, 83, 84 und 85 angeordnet sind, wobei die Wellungen im nachfolgenden Feld jeweils um 90° versetzt angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind die Wellungen des Bodens 87 mit öffnungen 88 durch flache Näpfchen oder Kalotten 89 gleichmäßig verteilt über den Boden gebildet.

Um den erfindungsgemäß angestrebten Zweck zu erreichen, sollen die erfindungsgemäßen Kontaktböden eine Vielzahl kleinerer Öffnungen aufweisen, die zweckmäßig von runder Gestalt sind. Als zweckmäßige Größe hat sich ein Durchmesser von 0,7 bis 12,8 mm bei abgewickeltem Boden herausgestellt. Wenn man berücksichtigt, daß für die Befestigung des Kontaktbodens in der Austauschsäule zweckmäßig ein gewisser, nicht mit Öffnungen versehener Rand vorgesehen sein soll, so kann die Lochfläche insgesamt 15 bis 25% der ganzen bzw. 18 bis 36% der effektiven Bodenfläche betragen. Die Länge einer Wellung soll bei abgewickeltem Boden nicht kleiner als der Lochabstand, jedoch nicht größer als ein Drittel Bodendurchmesser sein und die Tiefe einer Wellung höchstens einer Wellenlänge und mindestens einem Lochradius entsprechen.

Einen besonders guten Wirkungsgrad erzielt man mit einer Anordnung der erfindungsgemäßen Kontaktböden, bei der der in einer Austauschsäule jeweils folgende Boden gegenüber dem benachbarten um 90° versetzt ist, wie dies in den Fig. 1 und 3 zur Anschauung gebracht ist. Auf diese Weise wechseln hohe und niedrige Flächen bei aufeinanderfolgenden Böden ab. Im Falle einer Ausiührungsform nach Fig. 11 genügt eine geringere gegenseitige Winkelverschiebung, und im Falle einer Ausführungsform nach Fig. 9 ist es nicht notwendig, hohe und niedrige Flächen bei aufeinanderfolgenden Kontaktböden miteinander abwechseln zu lassen.

Die vorstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Kontaktböden sind billig herzustellen, weisen eine hohe Kapazität auf und ermöglichen einen niedrigen Druckabfall des durchströmenden Dampfes oder Gases. Sie sind überdies in sich sehr fest und stabil und erzwingen eine besonders wirksame innige Berührung der zu vermischenden Phasen.

Claims

IU// 1 OU Patentansprüche:

1. Kontaktboden für Austauschsäulen, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe wellenförmig ausgebildet und über seine ganze Fläche mit verhältnismäßig kleinen Lochungen versehen ist, die bei abgewickeltem Boden gleiche Größe und gleichen Abstand voneinander aufweisen, wobei Zu- und Ablaufrohre von Boden zu Boden fehlen.

2. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen in schachbrettartiger Weise mit wechselnden Feldern (82, 83, 84, 85) angeordnet sind, wobei die Wellungen im nachfolgenden Feld um 90° versetzt angeordnet sind.

3. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen durch flache Näpfchen oder Kalotten (89) gleichmäßig verteilt über den Boden (87) gebildet sind.

4. Boden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (78, 79) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

5. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Boden runde Löcher mit einem Durchmesser von 0,7 bis 12,8 mm sind, die bei abgewickeltem Boden 15 bis 25 °/o der ganzen bzw. 18 bis 36% der effektiven Bodenfläche betragen, wobei die Länge einer Wellung, mindestens Lochabstand bei abgewickeltem Boden, jedoch höchstens ein Drittel Bodendurchmesser, die Tiefe einer Wellung höchstens eine Wellenlänge, aber mindestens einen Lochradius beträgt.

6. Kontaktbodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Boden gegenüber dem benachbarten Boden um 90° versetzt angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 390 682;
USA.-Patentschriften Nr. 1 659 408, 2 047 444,
051 545, 2 209 675, 2 339 561, 2 591 343.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen