DE2127990C3

DE2127990C3 - Vorrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nicht mischbaren fließfähigen Stoffen

Info

Publication number: DE2127990C3
Application number: DE2127990A
Authority: DE
Inventors: Vaclav Dipl.-Ing. Dr. Prag Kolarz
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1971-06-05
Publication date: 1978-11-02
Also published as: NL7107793A; FR2096775B1; DE2127990B2; CS163411B3; GB1351235A; FR2096775A1; DE2127990A1; CA944346A; US3782703A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Stoff- js und Wärmeübertragung zwischen . wei nicht mischbaren fließfähigen Stoffen, von denen mindestens einer eine tropfbare Flüssigkeit ist, die aus ein oder mehreren Abschnitten lotrechter oder fast lotrechter Platten mit je einem Flüssigkeitsverteiler besteht, wobei der -to Flüssigkeitsverteiler die Form eines Gefäßes hat, dessen Boden durch die an ihren oberen Rändern mit flachen Distanzstücken versehene Platten gebildet wird, und wobei die flachen Distanzstücke beiderseitig derart angeordnete rippenförmige Ansätze tragen, daß zwisehen den Distanzstücken Schlitze für den Flüssigkeitsdurchtritt frei bleiben.

Füllkörperkolonnen dienen im allgemeinen bei Einrichtungen für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen nicht mischbaren fließfähigen Stoffen, wie beispielsweise bei der Rektifizierung und der Absorption oder zwischen zwei nicht mischbaren flüssigen Phasen, z. B. bei der Flüssigkeitsextraklion.

Dabei werden bereits Packungen verwendet, die aus Paketen lotrechter planparalleler Platten bestehen, die π das ganze Volumen der Kolonne ausfüllen (DE-OS 144» 347).

Es ist bereits ein Kühlturm bekannt, der eine möglichst große Kühlfläche besitzen soll und bei dem Platten zur Anwendung kommen (GB-PS 5 82 630). <.o Diese Platten bestehen aus faserförmigem Material. Auch die Verwendung von Zctnent-Asbestpjatten in einem Rieselkühler ist bekannt (DE-PS 7 10 630), an denen die Flüssigkeit haften soll. Eine solche Konstruktion kann das Abtropfen der Flüssigkeit in den Raum h> zwischen den Platten nicht verhindern, so daß der Wirkungsgrad einer solchen Einrichtung erheblich herabgesetzt wird, ganz abgesehen davon, daß derartige Zement-Asbestplatten für die bekannten industriellen Prozesse, wie beispielsweise Destillation, Absorption u. dgl,, nicht verwendbar sind. Die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes auf dem Verteilerboden ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nicht mischbaren fließfähigen Stoffen durch eine neue Konstruktion einer Vorrichtung, die aus Sektionen lotrechter oJer fast lotrechter Platten mit einem Flüssigkeitsverteiler besteht, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gefäß an seinen Seiten mit Leisten versehen ist und die Platten in den Leisten eingehängt sind und daß 7um Abführen des leichteren Stoffes das Gefäß mit einer Erweiterung oder die Distanzstücke mit oberhalb des Pegels der schwereren Flüssigkeit liegenden öffnungen versehen sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Material für die Platten Streckmetall verwendet. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Ansätze auf dem flachen Distanzstück durch räumlich ausgebogene Brücken des Streckmetalls gebildet werden.

Dadurch entsteht der Vorteil, daß die Distanzstücke ohne rippenförmige Ansätze ausgeführt werden können, da diese durch -lie seitlich ausweichenden Rippen des Streckmetall ersetzt werden. Der Flüssigkeitsverteiler, der oberhalb jeder einzelnen Sektion eingebaut ist, dient gleichzeitig zur sich wiederholenden Homogenisierung der Flüssigkeit und damit zur Ausgleichung von Konzentrations- und Temperaturgradienten. Als Ansätze können auch in Strömungsrichtung ausgerichtete Rippen oder Einsätze, zum Beispiel aus Draht geeigneter Dicke, zur Anwendung gelangen.

Auf den Platten bildet sich ein fließender Flüssigkeitsfilm. Sobald der Flüssigkeitsfilm den durch die Länge der Platten gegebenen Weg zurückgelegt hat, tritt er entweder aus der Anlage aus oder ;'■? den Verteiler der nächstniedrigeren Sektion ein. Im Verteiler kommt es zu einer Homogenisierung der Flüssigkeit, zum Ausgleich der Konzentrations- und Temperaturgradienten und beim Auslauf auch zur Bildung einer neuen Zwischenphasenoberfläche. Bei niedrigeren Berieselungsintensitäten ist es zweckmäßig, vorerst die Berieselungsdichte zu erhöhen, wodurch eine vollkommene Benetzung der Oberfläche erzielt wird, die dann bei Herabsetzung der Berieselung auch weiterhin erhalten bleibt.

Experimentell wurde festgestellt, daß es auch bei einer kleinen Dicke der Flüssigkeitsschicht zu einem bedeutenden Anstieg des Stoff- bzw. Wärmeübergangskoeffizientcn kommt, falls durch geeignete Bearbeitung der Packungsoberfläche (Rauhigkeit, Perforage) oder durch mechanische Durchrührung eine Durchmischung der Flüssigkeit in der Schicht während ihrer Strömung entlang der Packung und eine Herabsetzung der Konzentrations- bzw. Temperaturgradienten erzielt werden kann, was eine Erhöhung des Konzentrationsbzw, des Temperaturgefälles und somit eine Erhöhung der Triebkraft des Prozesses mit sich bringt.

Weiter wurde festgestellt, daß als besonders geeignetes Material für die Erzeugung einer guten Turbulenz in der Flüssigkeitsschicht Streckmetall verwendet werden kann.

In der Tabelle I werden Werte des Stoffübergangskoeffizienten in m/s (pro I m² der Packung) angeführt, die für das System CO₂-H₂O in Anlagen mit verschiede-

ien Typen von Platieneinbuuten gemessen wurden. Die Breite der beiderseitig benetzten Platten betrug 100 mm, ihre Länge 750 mm.

Aus der angeführten Tabelle ist ersichtlich, daß der Sioffübergangskoeffizient bei sonstigen gleichen Bedingungen bei Streckmetall bis um das 8fache größer ist als bei glatten Platten; bei perforierten Blechen mit kreisrunden Öffnungen, welche sich aus den vermessenen durchlochten Einbauten als wirksamste erwiesen, beträgt die ErhöKting im Durchschnitt etwa 30%.

Der Einsatz von Streckmetall als Packungsmaterial bringt gegenüber perforierten Blechen neben der Erhöhung der Wirksamkeit auch den Vorteil mit sich, daß es bei der Herstellung zu keinen Materialverlusten kommt. Es kann sogar aus einer Flächeneinheit eines Bleches bis zu einem Mehrfachen an Streckmetalloberfläche gewonnen werden. Im Hinblick darauf, daß es bei der Produktion von Streckmetall zur seitlichen Ausweichung seiner Rippen kommt, können für seine Herstellung dünnere Bleche verwendet werden, ohne daß damit die Stabilität der Packung gefährdet wird. Die seitlichen Ausweichungen der Rippen bewirken eine vollendetere Durchmischung des FlüssigkeiuHlms als die ebenen Brücken bei perforierten Blechen. Die besten Ergebnisse wurden bei einer solchen Anordnung erzielt, bei der die Flüssigkeit in Richtung der Schnitte im Blech abfließt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine axonometrische Ansicht auf eine Sektion der Packung einschließlich des Flüssigkeitsverteilers,

Fig.2 eine schematische Zeichnung der Gasströmung in der Packung der Anlage,

Fig. 3 und 4 eine Ansicht auf verschiedene Ausführungen der Distanzstücke,

Fig.5 eine schematische Zeichnung des Streckmetallsund

F i g. 6 eine weitere Konstruktion eines Distanzstükkes.

Fig. I zeigt ebene Einbauten I, die in ihrem oberen Teil durch die mit Rippen 3 versehenen Distanzstücke 2 gegenseitig auf Abstand gehalten werden Der obere Teil der ebenen Einbauten 1 und der Distanzstücke 2 bildet den Boden eines Gefäßes 4, welches an seinen Seilen mit Leisten 5 versehen ist, die zur Einhängung der ebenen Einbauten 1 und der Distanzstücke 2 dienen.

In F i g. 2 ist ein Schema eines Teiles 6 einer Anlage mit ebenen Einbauten 1, mit dem Gefäß 4 des Verteilers

lü und mit einem erweiterten Teil 7, das die Umströmung des Gefäßes 4 des Verteilers durch die Flüssigkeit ermöglicht.

In den F i g. 3 und 4 sind Distanzslücke 2 eingezeichnet, die mit verschiedenen Typen rippenförmiger Ansätze 3 versehen sind.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Streckmetalls dargestellt.

F i g. 6 zeigt eine Ausführung eines Distanzstückes mit öffnungen 8, die oberhalb des Flüssigkeitspegels im Verteiler liegen und die die Abströmung der leichteren Phase (des Gases) ohne die in der Fig. 2 erwähnten Erweiterung 7 möglich machen.

Die in das Gefäß 4 des Verteilerb eintretende Flüssigkeit fließt durch die schlitzförmigen Öffnungen in seinem Boden ab und bildet auf den ebenen Einbauten 1 einen Film. Im Gegenstrom zu der entlang der ebenen Einbauten 1 abfließenden Flüssigkeit strömt die zweite Phase in Form eines Gases, eines Dampfes oder eines zweiten, mit dem entlang der ebenen Einbauten 1

jo abfließenden Medium nicht mischbaren, tropfbaren Flüssigkeit.

Die Anordnung mit ebenen Platten ermöglicht den Einbau einer großen Zwischenphasenoberfläche, die vollkommen für die Stoff- bzw. Wärmeübertragung

j5 ausgenutzt werden kann. Bei der Anwendung von Streckmetall kommt es zu einer stetigen Durchmischung der Flüssigkeit im abfließenden Film und somit zu einer fortlaufenden Erneuerung der Zwischenphasenoberfläche und zur Erhöhung der Stoff- bzw. Wärmeübertragung.

Tabelle
Stoffübergangskoeffizienten

Einbautentyp	Wasse^pdurchfIuB in l/min	10-'	0.5	10-5	1.0	5,0
	0.1		6,4 ·	10-«	9,0 · 10-	1,5 · 10"
Glatte Platten	_	ΙΟ-'	1,7 ■	ίο"	3,0 · 10-	8,0 · 10-«
Perforiertes Blech, 0 8 mm	—	10-5	2,0·	10"	2,9 · 10-'	5,3 ■ 10"
Perforiertes Blech, 0 4>4 mm	4.0·	Fllatt	1,0·	10"	22 ■ 10'	5,4 · 10"
Perforiertes Blech, 0 6.75 χ 6,75 mm	—	22-	10"	3,6 ■ 10-	9,0· 10"
Streckmetall, 16x4 mm	5.0-	2,4 ·	Zeichnungen	3,6 ■ 10-	U · 10"
Streckmetall, 15x5 mm	4,2 ·
	Hicr/.u 4

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die Stoff- und Wärmeübertragung zwischen zwei nicht mischbaren fließfähigen Stoffen, von denen mindestens einer eine tropfbare ί Flüssigkeit ist, die aus ein oder mehreren Abschnitten lotrechter oder fast lotrechter Platten mit je einem Flüssigkeitsverteiler besteht, wobei der Flüssigkeitsverteiler die Form eines Gefäßes hat, dessen Boden durch die an ihren oberen Rändern to mit flachen Distanzstücken versehenen Platten gebildet wird, wobei die flachen Distanzstücke beiderseitig derart angeordnete rippenförmige Ansätze tragen, daß zwischen den Distanzstücken Schlitze für den Flüssigkeitsdurchtritt frei bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (4) an seinen Seiten mit Leisten (5) versehen ist und die Platten (1) in den Leisten (5) eingehängt sind und daß zum Abführen des leichteren Stoffes das Gefäß (4) mit einer Erweiterung (7) (Fig.2) oder die >o Distanzstück.? (2) mit oberhalb des Pegels der schwereren Flüssigkeit liegenden öffnungen (8) (F i g. 6) versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Platten (1) Streckmetall verwendet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (3) auf dem flachen Distanzstück (2) durch räumlich ausgebogene Brücken des Streckmetalls gebildet sind.