DE1519612A1

DE1519612A1 - Siebboden fuer Destillier- bzw. Rektifiziersaeulen

Info

Publication number: DE1519612A1
Application number: DE19661519612
Authority: DE
Inventors: Webster Thomas John
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1965-03-15
Filing date: 1966-03-11
Publication date: 1970-09-24
Also published as: GB1143772A; DE1519612C3; US3467365A; DE1519612B2; NL6602860A

Description

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Augsburg, den 11. März 1966

The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House, Hammersmith, London, #.6, England

Siebboden für Destillier- bzw. fiektifiziersäulen

Die Erfindung betrifft Siebböden für Destillier- bzw, Sektifiziersäulen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Destilliersäulen in Anlagen zur Lufttrennung durch Verflüssigung bei niederiger Temperatur und anschließende Destillation.

BAD ORIGINAL

Bine Zwischenbodenbauart, welche bei Destilliersäulen häufig verwendet wird, ist der sogenannte Siebboden, welcher die Form einer ebenen Platte mit einer großen Anzahl von Durchbrüchen hat, welche über seine Fläche verteilt sind. Bei einer Destilliersäule sind derartige, horizontal ausgerichtete Zwischenböden mit bestimmtem Abstand jeweils untereinander angeordnet, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Flüssigkeit in der Säule herabläuft, indem sie über die Fläche jedes Zwischenbodens von einem Einlaß nach einem Auslaß strömt, während der Dampf durch die Durchbrüche des Zwischenbodens nach aufwärts strömt und dabei durch die auf dem Zwischenboden befindliche Flussigkeitsschicht hindurchtritt. Der Einlaß und der Auslaß der Zwischenboden kann durch wehrartige Einrichtungen gebildet sein.

Es wird angestrebt, daß in derartigen Destilliersäulen ein großer Anteil der Durchbrüche jedes öiebbodens an dem Vorgang des Dampfdurchstromes aktiv teilnimmt und daß der Druckabfall an den einzelnen Zwischenböden möglichst klein ist. Bei kleinen Zwischenböden ist es durchaus erreichbar, daß alle Durchbrüche in dem soeben angegebenen Sinne aktiv sind und daß der Druckabfall folglich gering ist. iLs hat sich jedoch

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herausgestellt, daß bei großen Zwischenboden ein Teil der Zwische nbodenf lache nicht aktiv ist. Es wurde gefunden, daß die Größe dieser nicht aktiven Fläche von der Größe der mit Durchbrüchen versehenen Zwischenbodenflache abhängt, so daß die nicht aktive Fläche um so größer ist, je größer die gesamte, mit Durchbrüchen versehene Fläche gemacht wird. Bei derartigen, nichtaktiven Flächen kann gleichzeitig auch das sogenannte Tröpfeln auftreten· Hierunter wird die Erscheinung verstanden, daß Flüssig^- keit durch die Durchbrüche nach unten fließt und auf den darunter befindlichen Zwischenboden fällt. Außerdem stehen aufgrund der teilweisen Inaktivität des Zwischenbodens einige Durchbrüche desselben nicht für die Dampfströmung zur Verfügung und der gesamte Dampfstrom konzentriert sich daher auf eine AnBahl von Durchbrüchen, welche kleiner ist als die theoretisch zur Verfügung stehende Anzahl von Durchbrüchen. Hierdurch wird der Druckabfall an dem einzelnen Zwischenboden und dadurch der Druckabfall längs der gesamten Destilliersäule vergrößert. Diese Erscheinungen treten u» so stärker hervor, je größer man die Abmessungen der einseinen Zwischenboden wählt.

Die Bildung nichtaktiver Zonen an großen Zwischenböden hat ihre Ursache hauptsächlich in dem Vorhandensein

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verhältnismäßig hoher Flüssigkeitsstände, welche zur Erzeugung der für die Flüssigkeitsströmung notwendigen Druckgradienten erforderlich sind· Bei den oben beschriebenen Zwischenbodenbauarten treten bei entsprechenden Größen von Zwischenboden zwangläufig.auch entsprechend hohe Flüssigkeitsstände auf· In den Bereichen, welche unter hohen Flüssigkeitsständen liegen, kann unter Umständen der Dampfstrom durch die Durchbrüche hindurch von dem entgegengesetzt gerichteten Flüssigkeitsdruck verhindert werden und dort, wo der Dampf doch noch in einen Bereich mit hohem Flüssigkeitsstand eintritt, hat er das Bestreben, rasch durch die Flüssigkeit hindurchzustoßen· Die angestrebte innige Berührung zwischen Flüssigkeit und Dampf wird in diesem Falle nicht erzielt» Ferner ergeben sich aus den bei hohen Flüssigkeitsständen auftretenden großen Flüssigkeitsmengen Stabilitätsprobleme aufgrund von Flüssigkeitswallung.

Bei Zwischenboden mit konstanter Breite des Flüssigkeitsweges, wie dies beispielsweise bei rechteckigen Zwischenboden der Fall ist, auf denen die Flüssigkeit von einem Einlaßwehr über den betreffenden Zwischenboden nach einem zu dem Einlaßwehr parallelen Auslaßwehr strömt, hängt die Höhe des Flüssigkeitsstandes am Einlaß im allgemeinen

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von der Länge des Flüssigkeitsweges ab· Bei ringförmigen Zwischenboden, auf welchen die !Flüssigkeit einem kreisförmigen Weg um eine Mittelsäule folgt, treten zusätzliche Schwierigkeiten aufgrund der auf die Flüssigkeit einwirkenden Zentrifugalkraft auf, welche die Flüssigkeit nach dem Außenrand des betreffenden Zwischenbodens hinzudrängen sucht, so daß hier zwei hydraulische Gradienten auftreten, nämlich einer in Umfangsrichtung und einer in radialer Richtung. In ähnlicher Weise treten auch in solchen Fällen, bei welchen die Breite des Flüssigkeitsweges auf dem betreffenden Zwischenboden nicht konstant ist, beispielsweise bei Zwischenboden mit Sehnenwehren, bei welchen das Einlaßwehr und das Auslaßwehr zwei zueinander parallele Sehnen auf gegenüberliegenden Seiten einer kreisscheibenförmigen Zwischenbodenplatte bilden, hydraulische Gradienten auf und zwar von dem Einlaß- nach dem Auslaßwehr und außerdem von dem Einlaßwehr nach dem Rand des Zwischenbodens hin.

Zur Verringerung der hydraulischen Gradienten und zur Vergleichmäßigung ihrer Verteilung unter gleichzeitiger Ausschaltung bestimmter nichtaktiver Bereiche des Zwischenbodens wurde bereits vorgeschlagen, der Flüssigkeit eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung des Zwischenbodenaus-

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lasses zu erteilen· Dies wurde unter anderem durch Siebboden erreicht| deren Durchbrüche geneigte Wandungen aufweisen. Der Bau derartiger Siebboden ist jedoch im Vergleich zu der Herstellung von Siebboden mit gerade durch sie hindurch verlaufenden Durchbrüchen außerordentlich teuer.

Um die Herstellungskosten von Siebboden mit geneigten Durchbrüchen zu verringern wurde außerdem bereits vorgeschlagen, jeweils den gesamten Siebboden aus Streckmetall herzustellen, wobei mit Vorteil von der Eigenschaft des Streckmetalles Gebrauch gemacht wird, daß seine öffnungen geneigt zu der betreffenden Platte verlaufen· Es hat sich jedoch, insbesondere bei Verwendung in Lufttrennungssäulen, herausgestellt, daß derartige Zwischenboden zum Tröpfeln neigen,

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen und verhältnismäßig billig herzustellenden Siebbodens, an welchem die Flüssigkeitsgefälle vermindert und die Berührung zwischen Flüssigkeit und Dampf wirkungsvoller gestaltet sind* Die Erfindung soll zur Lösung dieser Aufgabe auch in Verbindung mit bereits vorhandenen Siebboden anwendbar sein·

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Ea sei darauf hingewiesen, daß in den vorliegenden Ausführungtn der Ausdruck "Siebboden" sowohl die normale Siebbodenbauart, bei welcher der Dampf ausschließlich durch die

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Durchbrüche strömt, ale auch diejenige Bauart von Zwischenböden umfaßt, bei welchen außer den Durchbrüchen Glocken vorgesehen sind.

Bei einem Siebboden für Destillier- bzw· Rektifiziersäulen, mit von einem Einlauf über eine mit Durchbrüchen versehene Siebbodenplatte nach einem Auslauf führendem Flüssigkeitsverlauf wird die soeben angegebene Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß über der mit Durchbrüchen versehenen Siebbodenplatte ein Gitter mit im Abstand voneinander befindlichen streifenartigen Leisten angeordnet ist, von denen mindestens einige an solchen Stellen gelegen bzw· derart geneigt sind, daß zumindest ein Teil des durch den Siebboden hindurchsteigenden Dampfes nach Durchströmen der genannten Durchbrüche eine Geschwindigkeit !komponente in Richtung der nach dem Auslauf hin strömenden Flüssigkeit erhält.

Ib Falle von Siebboden mit neben den Durchbrüchen vorhandenen Glocken ist das über der eigentlichen Siebbodenplatte angeordnete Gitter mit Löchern versehen, welche so groß sind, daß da« Gitter über die genannten Glocken

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übergeschoben werden kann, so daß es auf den mit Durchbrüchen versehenen Teilen des betreffenden Siebbodens aufliegt.

Durch die Geschwindigkeitskomponente in Richtung des Flüssigkeitsstromes unterstützt der Dampf die Flüssigkeitsströmung nach dem Auslaß hin und verringert dadurch die hydraulischen Gradienten· Anstelle von nichtaktiven Flächen und von solchen Flächen des Zwischenbodens, wo sonst ein Hindurchstoßen des Dampfes durch die Flüssigkeit auftritt, wird nun eine gleichmäßige Aufschäumung auf der gesamten Zwischenbodenfläche erreicht· Außerdem werden die auf dem betreffenden Zwischenboden befindlichen Flüssigkeitsmengen und damit unstabile Betriebszustände, welche durch Flüssigkeitsbewegungen verursacht werden, bedeutend vermindert« Es hat sich herausgestellt, daß der durch das zusätzliche Gitter hervorgerufene, am trockenen Zwischenboden gemessene Druckabfall vernachlässigbar klein ist. Die Verbesserung des Wirkungsgrades der einzelnen Zwischenböden erlaubt eine Verringerung der Zwischenbodenzahl und folglich eine Herabsetzung des gesamten Druckabfalles an der Säule.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das genannte Gitter aus Streckmetall, welches aus einem Blech gebildet ist, das mit einer Anzahl unterbrochener, zueinander paralleler Schlitze versehen und dann derart auseinandergezogen ist, daß die Schlitze sich öffnen und Durchbrüche bilden. Derartiges Streckmetall ist im Handel erhältlich. Die Herstellungsweise des Streckmetalls führt dazu, daß die einzelnen streifenartigen Leisten des Gitters einen bestimmten Winkel zur Blechplatte einnehmen.

Es ist auch eine besondere Form von Streckmetall erhältlich, welches durch Abflachungswalzen geführt ist. In diesem Falle bildet keines der Blechteile an irgendeiner Stelle einen Winkel zu der gesamten Platte. Solches Streckmetall stellt daher kein Gitter im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.

Die Öffnungen des Gitters können beliebige Gestalt haben und beispielsweise rautenförmig, rechteckig oder quadratisch sein.

Die Erfindung kann in einfacher »Veise dadurch verwirklicht werden, daß eine Streckmetallplatte auf der

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Oberseite eines Siebbodetis befestigt und so angeordnet und ausgerichtet wird, daß die Gitfcerleisten des Streckmetalls Anteile des hindurchtretenden Gases derart ablenken, daß eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Flüssigkeitsströmung erzielt wird.

Die Platte aus Streckmetall kann auf beliebige ;/eise an der Siebplatte befestigt werden. Dies kann beispielsweise durch Anbringen von Heft-Schweißnähten, durch //eichlöten oder Hartlöten, mittels Schrauben und Muttern oder mittels gewindeschneidenden Schrauben geschehen. Auch eine Befestigung mittels Drähten ist möglich. Es zeigt sich also, daß die Erfindung besonders einfach zu verwirklichen ist und auch auf bereits bestehende Siebboden angewendet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung durch die beispielsweise Beschreibung einiger erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in welchen in

Figur 1 ein Querschnitt durch eine

Ausführungsform eines Siebbodens nach der Erfindung,

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Figur 2 eine Aufsicht auf einen erfindungs-

gemäßen Siebboden mit Sehnen-Gehren,

Figur 3 eine Aufsicht auf einen erfindungs

gemäßen Siebboden mit ringförmiger Flussigkeitsführung und

Figur 4- ein schematischer Querschnitt

eines erfindungsgemäß ausgestalteten, sowohl Glocken als auch Durchbrüche aufweisenden Siebbodens

dargestellt sind.

In Figur 1 der Zeichnungen ist ein Gitter in Form einer Streckmetallplatte 1 dargestellt, welche von öffnungen durchsetzt ist und auf einer mit Durchbrüchen versehenen Siebbodenplatte 2 aufsitzt. iVie aus Figur 1 hervorgeht, bildet die Richtung der Gitterleisten 4 der Streckmetallplatte zur Vertikalrichtung einen Winkel. Die Streckmetallplatte ist derart angeordnet, da!: Teile der genannten G-itterleisten '+■ aufeinanderfolgenden Durchbrüchen 5 jeweils gegenüberliegen. Durch diese

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Durchbrüche 5 hindurchsteigende Dampfe werden durch die Gitterleisten 4 in der durch die Pfeile 6 angedeuteten Richtung abgelenkt, so daß sie eine Geschwindigkeit skomponente mit Bezug auf die in Figur 1 gezeigte Stellung nach rechts erhalten, welche Richtung auch die Richtung des Flussigkeitsstromes nach dem Auslaß hin ist. Obwohl nur ein Teil des aus den Durchbrüchen aufsteigenden Dampfes in dieser Weise abgelenkt wird, so reicht dies doch dazu aus, die über dem Siebboden gelegene Flüssigkeitsschicht zu einer Strömung nach dem Auslaß hin zu veranlassen, so daß die längs des Siebbodens erforderlichen Druckgradienten und damit die Flüssigkeitshöhen an der Einlaßseite bedeutend verringert werden können.

Wenn die Verteilung der öffnungen des Streckmetalls gleiche Teilung aufweist wie die Durchbrüche des betreffenden Siebbodens, so muß das Gitter besonders sorgfältig auf dem Siebboden ausgerichtet werden, um sicherzustellen, daß die öffnungen des Gittere und die Durchbrüche in die richtige gegenseitige Durchdeckungsstellung gebracht werden, so daß die gewünschte Ablenkung des aus den Durchbrüchen der eigentlichen Siebplatte aufsteigenden Dampfes erreicht wird. Wenn nämlich die

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öffnungen des Gitters und die Durchbrüche der Siebplatte nicht in die richtige Durchdeckungsstellung gebracht worden sind, so tritt eine starke Verminderung der Dampfablenkung auf, da der Dampf entweder geradlinig durch die Gitteröffnungen tritt oder auf ungeeignete Teile der Gitterleisten trifft.

Sind jedoch das Gitter und die eigentliche Siebplatte so ausgebildet, daß die Gitteröffnungen und die Siebplatt endur chbrüche unterschiedliche Teilung haben, so ist diese sorgfältigeund genaue Ausrichtung nicht notwendig. Dies hat seinen Grund darin, daß zumindest einige der Gitteröffnungen und der Siebplattendurchbrüche die richtige Durchdeckungsstellung einnehmen, so daß im Durchschnitt eine gute Dampfablenkung erzielt wird. Bin weiterer Vorteil eines Unterschiedes in der Teilung der Gitteröffnungen einerseits und der Siebplattendurchbrüche andererseits ist darin zu sehen, daß die Herstellung der Gitter und der Siebplatten einfacher ist und daß* bei gleichzeitiger genügender Dampfablenkung eine bessere Turbulenz der Dampfströmung in der Flüssigkeit erzeugt wird.

AuB diesem Grunde ist es also von Torteil, wenn die

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Öffnungen in dem betreffenden Streckmetall weder in ihrer Anzahl noch in ihrer Teilung mit den Durchbrüchen der Siebplatte übereinstimmen. Bs hat sich tatsächlich herausgestellt, daß die Erfindung mit besonderem Vorteil auch dann verwirklicht werden kann, wenn beträchtliche Unterschiede zwischen der Zahl der Gitteröffnungen des Streckmetalls und der Zahl der Durchbrüche in der Siebplatte bestehen. So wurden beispielsweise bedeutende Verbesserungen durch Anwendung der Erfindung beispielsweise bei Siebböden von Lufttrennsäulen erzielt, deren Siebplatten 6163 Durchbrüche je Quadratmeter (Lochabstand 12 mm) aufwiesen und über welche Streckmetallplatten mit 1600 bis 25 000 Gitteröffnungen Je quadratmeter gelegt waren.

In Figur 2 der Zeichnungen ist eine Aufsicht auf einen Siebboden mit Sehnenwehren dargestellt. Zwischen den in Richtung einer Sehne verlaufenden Wehren 12 und ist über die gesamte mit Durchbrüchen versehene Siebbodenplatte 11 eine Streckmetallplatte 10 gelegt, welche derart ausgerichtet ist, daß durch den Siebboden hochsteigender Dampf eine Ablenkung erfährt und eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung auf das Auslaßwehr 13 hin erhält. ',

In Figur 3 der Zeichnungen ist eine Aufsicht auf j

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einen Siebboden mit ringförmiger Flüssigkeitsführung dargestellt, welcher derart ausgebildet ist, daß die Flüssigkeit entlang des durch Pfeile angedeuteten kreisförmigen Weges von einem Einlaßwehr 20 um eine mittlere Säule 22 nach einem Auslaßwehr 21 geleitet wird. In diesem Falle sind längs des Flüssigkeitsweges Segmente 23 aus Streckmetall angeordnet, welche jeweils derart ausgerichtet sind, daß durch die Durchbrüche des Siebbodens hindurchsteigender Dampf eine Ablenkung erfährt und eine Geschwindigkeitskomponente in Umgangsrichtung erhält. Im vorliegenden Falle sind insgesamt zehn Segmente vorgesehen.

In der schematischen Darstellung gemäß Figur 4 der Zeichnungen ist ein Siebboden mit Glocken 23a abgebildet, welcher außerdem eine mit Durchbrüchen versehene Platte 2Mc aufweist, die so angeordnet ist, daß Dampf in der durch die Pfeile angedeuteten Weise durch den Zwischenboden hindurchsteigen kann. Die Flüssigkeit gelangt von oben her nach dem Einlaß des Zwischenbodens und fließt dann von rechts nach links über den Zwischenboden hin, um darauf über den Auslaß des Zwischenboden dem nächsten, darunterliegenden Zwischenboden zuzufließen.

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Ein Gitter (in der Zeichnung nicht dargestellt), welches aus einer einzigen Platte aus Streckmetall besteht, ist mit öffnungen versehen, welche derart bemessen und angeordnet sind, daß in ihnen die Glocken 23a ohne Schwierigkeit Aufnahme finden, so daß das Gitter · auf der mit Durchbrüchen versehenen Platte 24- aufliegt. Die Ausbildung des Gitters und die Art und Weise, wie es auf der mit Durchbrüchen versehenen Platte 24 angeordnet ist, stimmt im wesentlichen mit der Anordnung nach Figur 1 der Zeichnungen überein. In Jedem Falle ist das Gitter derart ausgerichtet, daß der Dampf, welcher durch den Zwischenboden hindurchsteigt, nach dem auf der linken Seite befindlichen Zwischenbodenauslaß hin abgelenkt wird.

Zwar bedeckt das Streckmetall gemäß der Erfindung vorzugsweise die ganze mit Durchbrüchen versehene Fläche des Siebbodens oder zumindest einen großen Teil, derselben, doch treten die Vorteile der Erfindung auch in solchen Anwendungsfällen zutage, bei denen nur ein Teil des Siebbodens mit Streckmetall abgedeckt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Siebboden für Destillier- bzw. Rektifiziersäulen, mit von einem Einlauf über eine mit Durchbrüchen versehene Siebbodenplatte nach einem Auslauf führendem Flussigkeitsverlauf, dadurch gekennzeichnet, daß über der mit Durchbrüchen versehenen Siebbodenplatte (2 bzw. 11 bzw. 24-) ein Gitter (1 bzw. 10 bzw. 25) mit im Abstand voneinander befindlichen streifenartigen Leisten angeordnet ist, von denen mindestens einige an solchen Stellen gelegen bzw. derart geneigt sind, daß zumindest ein Teil des durch den Siebboden hindurchsteigenden Dampfes nach Durchströmen der genannten Durchbrüche (3) eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der nach dem Auslauf hin strömenden Flüssigkeit erhält.

2. Siebboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (1 bzw. 10 bzw. 23) aus Streckmetall mit.geneigten Gitterle isten besteht.

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