DE2117201C3 - Kolonnenboden für Stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Description

Es sind bereits gewellte Siebboden bekannt, bei denen die in den Tälern der gewellten Siebboden liegenden öffnungen zum Abführen der Flüssigkeit auf den nächstunteren Boden dienen, während die in den Wellenbergen und den Flanken befindlichen öffnungen zum Durchtritt der gasförmigen Phase dienen. Derartige Böden weisen den Nachteil auf, daß sich in den WeI-lentälem der Siebfläche Flüssigkeitsansammlungen ergeben, die kaum oder wenig durchgast werden, so daß sich ein ungleichmäßiger Stoffaustausch ergibt. Die bekannten ebenen Siebboden, die als Radial- oder Querstromböden ausgebildet sind, sind bei geringen BeIastungen sehr störanfällig gegen ein Durchregnen der flüssigen Phase.

Es sind auch gewellte Siebboden bekannt, bei denen die Siebflächen ein unsymmetrisches sägezahnförmiges Profil mit einer im wesentlichen senkrechten Flanke aufweisen, deren Durchtrittsöffnungen in die Strömungsrichtung der Flüssigkeit weisen. Hierbei wird ein besonderer Auffangboden, der keine öffnungen aufweist, vorgesehen, während das Gas über Schlote- und Verteilertunnel oberhalb des Auffangbodens unter die Siebflächen geführt wird. Diese Böden weisen neben einem höheren Druckverlust den Nachteil eines umständlichen Aufbaues auf, weil ein besonderer Auffangboden und besondere Einrichtungen für die Zuführung der gasförmigen Phase vorgesehen werden müssen. Hiermit wird eine Erweiterung des Arbeitsbereiches der Böden bei geringeren Belastungen angestrebt, bei denen die Gefahr eines Durchregnens der flüssigen Phase besteht Da mit diesen Böden der Zweck verfolgt wird, einen zusätzlichen Impuls in die Strömungsrichtung der Flüssigkeit zu geben und die flachen Flanken der sägezahnförmigen Wellungen gleichfalls öffnungen aufweisen müssen, wird die gasförmige Phase nach oben abgelenkt, was die Richtung des Impulses ungünstig beeinflußt.

Es gibt auch Kolonnenboden mit Wellungen von mäanderförmigem oder M-förmigem Querschnitt, zwischen denen sich ebene Bereiche befinden, die wesentlich kleiner als die Breite der mäanderförmigen oder M-förmigen Wellungen sind. Hierbei werden öffnungen für den Durchtritt der gasförmigen Phase nur auf der Oberseite der mäanderförmigen Wellungen vorgesehen. Diese Kolonnenboden haben den Nachteil, daß die Flüssigkeit mindestens so hoch steht, daß sie die ebenen Oberseiten der mäanderförmigen oder die muldenförmigen Oberflächen der M-förmigen Erhöhungen genügend übersteigt. Die in den zwischen den Wel/ungen befindliche Flüssigkeit bleibt im wesentlichen undurchgast auf dem Boden. Damit ist die Arbeitsfähigkeit dieser Kolonnenboden bei niedrigen Flüssi_ökeitsständen praktisch lahmgelegt; die betriebliche Elastizität dieser Böden ist unbefriedigend. Außerdem weisen die bekannten Böden der vorgenannten Art öffnungen in Fo-m jrientierter Schlitze auf, ohne hierdurch die geschilderten Nachteile wesentlich zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Geschwindigkeit der gasförmigen Phase in den mit Erhöhungen versehenen Bereichen des Bodens gegenüber der mittleren Geschwindigkeit der gasförmigen Phase zwischen zwei aufeinanderfolgenden Boden zu erhöhen, um unter anderem hierdurch den Belastungsbereich der Böden nach unten zu erweitern.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe beim Kolonnenboden für Stoffaustauschkolonnen mit jeweils mit einem Wehr versehenen Flüssigkeitszulauf und Flüssigkeitsablauf, bei dem ebene, keine öffnungen aufweisende Bodenabschnitte mit erhöhten Wellungen, die öffnungen für den Durchtritt der aufsteigenden gasförmigen Phase enthalten, dadurch, daß die Flächenausdehnung der ebenen Abschnitte des Bodens größer ist als die Projektionen der Wellungen auf eine Ebene, die mit den ebenen Bodenabschnitten fluchtet, und daß in den Flanken der Wellungen öffnungen vorgesehen sind.

Vorzugsweise sind im unteren Teil der Wellungen größere öffnungen vorgesehen als im oberen Teil derselben. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Wellungen nur auf einer Flanke öffnungen auf. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung haben die Wellungen einen sägezahnförmigen Querschnitt.

Es hat sich gezeigt, daß die Gesamtheit der ebenen Bodenflächenbereiche vorteilhafterweise doppelt so groß wie die Projektionen der Wellungen auf eine Ebene ist, die mit den ebenen öffnungslosen Bodenflächenbereichen fluchtet.

Für den Fall, daß längliche Bodenerhöhungen von sägezahnförmigem oder ähnlichem Querschnitt vorgesehen sind, empfiehlt es sich, den Boden in rechteckige oder quadratische Bereiche aufzuteilen, welche ihrerseits von ein Kanalsystem bildenden ebenen Bodenbereichen umgeben sind, durch die ermöglicht wird, daß die zwischen zwei länglichen sägezahnförmigen Wellungen befindliche Flüssigkeit dann weitertransportiert wird, wenn die auf die in Bodennähe befindliche Flüssigkeit ausgeübten Impulse der gasförmigen Phase

nicht ausreichend sind, um eine Förderung der Flüssigkeit über die höchste Stelle der Erhöhungen zu bewirken.

Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Erhöhung der Geschwindigkeit in den Bereichen des Bodens, in denen öffnui.gen vorgesehen sind, also in den Bodenerhöhungen, zu einer Erhöhung des Staudruckes der gasförmigen Phase auf die auf dem Boden befindliche flüssige Phase führt. Hierdurch wird es möglich, den Bereich des Bodens in Richtung auf be- ίο sonders niedrige Bodenbelastungen hin zu erweitern. Insbesondere wird sichergestellt, daß die bodennahen Flüssigkeitsschichten infolge einer entsprechenden Vergrößerung der öffnung besonders gut durchgast werden können, so daß sich keine Flüssigkeitssäcke bilden, in denen nur ein geringer Stoffaustausch stattfindet Durch geeignete Gestaltung der Erhöhungen und der Öffnungsgrößen kann man die in die einzelnen Bereiche der Flüssigkeit eintretende Menge der gasförmigen Phase in einem gewünschten Sinne beeinflussen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die wirksame Öffnungsfläche der Böden wesentlich erhöht wird, obwohl die tieferen Teile der Bodenfläche keine öffnungen aufweisen.

Es ist zweckmäßig, daß die Erhöhungen flankenartige Kanten haben, welche in dem Bereich, wo sich die größten öffnungen befinden, einen nicht zu steilen Winkel gegenüber der Horizontalen aufweisen sollten. Man kann natürlich auch bei mäanderförmigen Erhöhungen in die vertikalen Seitenflanken Öffnungen anbringen. Hierbei sollten jedoch die Dachbereiche der Erhöhungen keine öffnungen aufweisen, um durch einen Staudruck eine Umlenkung der gasförmigen Phase in die Öffnungsflächen zu bewirken. Bei einer solchen Ausführungsform liegen jedoch gewisse Schwierigkeiten vor, den unteren Bereich der Begrenzungswandungen der Erhöhungen mit größeren öffnungen zu versehen als den oberen Bereich, weil am unteren Bereich weniger gute Anlenkverhältnisse der gasförmigen Phase in Richtung auf die Öffnungsflächen gegeben sind.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen, die zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens veranschaulichen, erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf der erfindungsgemäßen Boden,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Bodens entsprechend der Schnittlinie H-II der F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt durch einen Teil eines Bodens gemäß einer anderen Ausführungsform und

F i g. 4 eine Draufsicht auf die längere Flanke einer Bodenerhöhung gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in F i g. 1 andeutungsweise dargestellt ist.

In den Kolonnenmantel 1 sind übereinander mehrere Siebboden 2 angeordnet, wobei der Zulauf mit der Bezugszahl 3 und der Ablauf mit der Bezugszahl 4 versehen ist. Das Ende des Ablaufes 4 bildet jeweils den Zulauf für den sich darunter befindenden weiteren Boden. Das Ablaufwehr ist mit 4' bezeichnet. Der Siebboden 2 ist in verschiedene, mit Erhöhungen 6 bzw. 6' (F i _fo. 2 und 3) versehene Felder aufgeteilt, die von Kanälen 5 umgeben sind. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist jeweils durch einen Pfeil F gekennzeichnet.

Bei der Darstellung in F i g. 2 sind die Erhöhungen 6 in Richtung der strömenden Flüssigkeit Fund in F i g. 3 <>5 die Erhöhungen 6' entgegen der Richtung des Flüssigkeitsstromes Fgeneigt. Während bei der Darstellung in F i g. 2 die durch Pfeile G angedeutete Strömungsrichtung der durch die öffnungen der Erhöhungen 6 hindurchtretenden Gasphase eine zusätzliche Beschleunigung der Flüssigkeit bewirkt, weil eine Komponente der Strömungsgeschv/indigkeit der Gasphase in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit liegt, tritt bei der Bodenausführung gemäß F i g. 3 keine derartige Beschleunigung der Flüssigkeit ein, weil diese zusätzliche Treibkraft gegenüber der Ausführung in F i g. 2 nicht vorhanden ist Die Ausführungsform der F i g. 3 ist in erster Linie für Böden gedacht, die im Bereich größerer Belastungen arbeiten, während die Ausführungsform gemäß F i g. 2 für Böden mit relativ geringen Belastungen geeigneter ist.

Die ebenen Bodenteile des Boden* 2 sind jeweils mit 2' bezeichnet. Die Erhöhungen 6 bzw. 6' weisen an beiden Flanken öffnungen 7 bzw. 8 für den Durchtritt der Gasphase auf. An oer längeren Flanke werden die öffnungen 7 vom Boden 2 zur Spitze der Erhöhung 6 hin kleiner und können auch gemäß Fig.4 als dreieckförmige Öffnungen ausgebildet sein, wobei die Basis dieser dreieckförmigen öffnungen im Bereich des Bodens 2 liegen und die öffnungen 7 sich dann in Richtung auf die Spitze der Erhöhungen 6 bzw. 6' verjüngen. An der kürzen Flanke sind die Öffnungen 8 im allgemeinen wesentlich kleiner und in ihren Abmessungen untereinander gleich. An den längeren Flanken der Erhöhungen 6 bzw. 6' sind die im Bereich des Bodens 2 angeordneten größeren öffnungen jeweils mit T und und die in Richtung auf die Spitze der Erhöhungen 6 bzw. 6' sich anschließenden kleineren öffnungen mit 7" bezeichnet.

Die in den Ausführungsbeispielen veranschaulichten Erhöhungen laufen parallel zu den Zufluß- und Abflußwehren und haben einen sägezahnförmigen Querschnitt. Die sichtbaren Begrenzungslinien der Erhöhungen sind in F i g. 1 durch ausgezogene Striche, die nicht sichtbaren Begrenzungslinien gestrichelt angedeutet. Um eine Förderung der flüssigen Phase vom Zuflußzum Abflußwehr in ausreichendem Maße sicherzustellen, ist es bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen zweckmäßig, den gesamten Boden in quadratische Zellen aufzuteilen, die von Kanälen 5 aus ebenen, nicht mit Löchern versehenen Bodenteilen seitlich begrenzt sind. In Strömungsrichtung gesehen zu Beginn jeder Zellenreihe sind den Kanälen Wehre 9 vorgeschaltet, deren Höhe vorzugsweise größer als die höchsten Stellen der Bodenerhöhungen 6, 6' sind. Auf diese Weise wird verhindert, daß die aus der vorhergehenden Zellenreihe austretende Flüssigkeit direkt in die Kanäle der in Strömungsrichtung folgenden Zellenreihe hineinfließt. Auf diese Weise gelangt praktisch nur Flüssigkeit in die Kanäle 5, welche in den mit Erhöhungen versehenen Zellenbereichen durchgast worden ist. Durch geeignete Bemessung der Breite der Kanäle 5 und der Höhe der Sperrwehre 9 kann die Gefahr, daß auch geringe Flüssigkeitsmenger undurchgast durch die Kanäle 5 geschleust werden, beliebig kleingemacht werden.

Es versteht sich von selber, daß die Erhöhungen 6 bzw. 6' an den Seiten, an denen die Erhöhungen an die Kanäle 5 angrenzen, geschlossen sind, was durch nicht veranschaulichte dreieckförmige seitliche Begrenzungen erfolgen kann, die ihrerseits wieder öffnungen für den Durchtritt der gasförmigen Phase aufweisen können, um auf diese Weise auch die in den Kanälen 5 strömende Flüssigkeit zu durchgasen, was unter Umständen die Sperrwehre 9 überflüssig macht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolonnenboden für Stoffaustauschkolonnen mit jeweils mit einem Wehr versehenen Flüssigkeitszulauf und Flüssigkeitsablauf, bei dem ebene, keine öffnungen aufweisende Bodenabschnitte mit erhöhten Wellungen, die öffnungen für den Durchtritt der aufsteigenden gasförmigen Phase enthalten, abwechseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung der ebenen Abschnitte (2') des Bodens (2) größer ist als die Projektionen der Wellungen auf eine Ebene, die mit den ebenen Bodenabschnitten fluchtet, und daß in den Flanken der Wellungen (6, 6') öffnungen (7, 7', 7") vorgesehen sind.

2. Kolonnenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der Wellungen größere öffnungen (J') vorgesehen sind als im oberen Teil der Wellungen (6,6').

3. Kolonnenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (6,6') nur auf einer Flanke öffnungen (7,7', 7") besitzen.

4. Kolonnenboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (6, 6') einen sägezahnförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Kolonnenboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung der ebenen Bodenabschnitte (2'), in denen sich keine öffnungen befinden, doppelt so groß wie die Projektionen der Wellungen (6, 6') auf eine Ebene ist, die mit der. ebenen Bodenabschnitten (2') fluchtet.

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