DE2442603A1

DE2442603A1 - Dampf-fluessigkeitskontaktverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2442603A1
Application number: DE2442603A
Authority: DE
Inventors: Bedford L Kitterman
Original assignee: Glitsch Inc
Current assignee: Glitsch Inc
Priority date: 1973-09-06
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1975-03-13
Also published as: NL183223C; FR2243005A1; FR2243005B1; NL7411896A; ES429828A1; BR7407435D0; AU7297274A; JPS5442673B2; NL183223B; US3959419A; IT1022511B; JPS5073876A; CA1049230A; GB1486644A

Description

PaienicmvraÜ®

Dr.-Ing. Wilhelm Reiche! Dipl.-Ing. Woligcmg Beichel

6 Frankfurt a. M. 1

Parkstraße 13 7996

GLITSCH, INC., Dallas« Texas, V.St.A.

Dampf-Flüssigkeitskontaktverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Dampf-Flüssigkeitsköntaktverfahren zur Herbeiführung eines innigen Kontakts zwischen einem Dampf und
einer Flüssigkeit sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der Dampf-Flüssigkeitskontakttechnik ist es im hohen Maße erwünscht, Verfahren und Einrichtungen anzuwenden/ die wirksam sowohl die Qualität als auch die Quantität der Endprodukte ohne Erhöhung der Rückflußmengen oder ohne die ökonomisch nicht vertretbare Verwendung von Betriebsstoffen, wie beispielsweise Dampf,
zu verbessern. Eine Fraktionierung und/oder Trennung der Ausgangsmaterialien und die Ausscheidung von schädlichen oder unerwünschten Reststoffen, wie Festsubstanzen, Conradson-Kohlenstoffrückständen bei Treibstoffen und Metallen ₍ die in vielen chemischen
und Mineralölausgangsstoffen vorhanden sind, auch aus Gründen der Reinheit /sind wichtig. Der Massenübergang, Wärmeübergang, Flüssigkeitsverdampfung und/oder Kondensation, wobei eine der Flüssigkeiten mit minimalem Druckabfall durch und in einer "besonderen Zone
oder mehreren Zonen mit Minimalabmessungen geführt werden kann,
die die Fläche und das Volumen festlegen, stellen zusätzliche Voraussetzungen für einen wirksamen Betrieb dar.

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In der Dampf-Flüssigkeitskontakttechnik treten im allgemeinen drei fundamentale Prozeßzustände auf:

1. Die oberflächliche Flußrate oder Dampfmasse sinkt ab, wenn der Dampf einen Dampf-Flüssigkeitskontaktbehälter oder einen Teil davon durchströmt;

2. die oberflächliche Flußrate oder Dampfmasse erhöht sich/ wenn der Dampf durch einen Dampf-Flüssigkeitskontaktbehälter oder einen Teil davon hindurchströmt; und

3. die Dampfmasse bleibt im wesentlichen konstant ohne jede ausgeprägte Schwankung, wenn der Dampf durch einen Dampf-Flüssigkeit skontaktbehalter oder einen Teil davon hindurchströmt.

Praktische Anwendungsfälle, bei denen diese drei Grundprozeßzustände auftreten können, sind (a) ein Vakuumturm in einer Erdölraffinerie für den Zustand 1; (b) eine Abkühlsäule oder ein Heißdampfkühler für den Zustand 2; und (c) ein Abscheider, der unter hohem Vakuum arbeitet, für den Zustand 3.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung finden Anwendung bei allen drei, voranstehend angeführten Grundverfahrenszuständen. In der ausführlichen, nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung hauptsächlich unter Bezugnahme auf den ersten Betriebszustand offenbart und erörtert, während ihre Anwendung auf die anderen beiden Betriebszustände für den Fachmann kurz zusammengefaßt darge- . stellt wird.

Bei vielen Arten von kontinuierlichen Trennungsverfahren, die sowohl einen Gleichstrom- als auch einen Gegenstromdampf-Flüssigkeitskontakt verwenden, ist es erwünschenswert, eine Anlage zu verwenden, die maximale Durchsatzkapazität und maximale Dampf-Flüssigkeitsaustauschwirksamkeit liefert, während dabei ein minimaler Druckabfall zwischen dem Dampfeinlaß und dem Auslaß an der Spitze des Dampf-Flüssigkeitskontaktbehälters erhalten werden.

Die Dampf-Flüssigkeitskontaktwirksamkeit steht in direkter Beziehung zu der oberflächlichen Dampfenergie, da die Dampfenergie eine

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innige Dampf-Flüssigkeitsberührung durch Turbulenz und/oder Vermischen zwischen dem aufsteigenden Dampf und der absinkenden Flüssigkeit innerhalb der Höhe einer vorgegebenen Kontaktzone schafft. Falls die Dampfenergie zu niedrig ist, ist die Wirksamkeit pro Längeneinheit der Zone niedrig und eine größere Höhe der Zone, mit der ein Ansteigen der Behälterhöhe Hand in Hand geht, ist erforderlich um.die Trennung oder die sonstige erwünschte Funktion in der Zone zu erhalten. Dadurch steigen die Kapitalkosten für die Anlage an und des weiteren kann ein unerwünschter Anstieg im Druckabfall beim Durchgang durch die Kontaktzone auftreten.

Dampf-Flüssigkeitskontaktanlagen müssen eine ausreichende Oberfläche und Oberflächenkontaktbereiche aufweisen, um einen innigen Dampf-Flüssigkeitskontakt zu unterstützen, ohne daß es zu überflüssigen Beschränkungen des aufsteigenden Dampfstromes oder seines Gegenstromkontaktes mit der absinkenden Flüssigkeit kommt. Je größer die Distanz ist, die der aufsteigende Dampf in einem bestimmten Kontaktgefäß vorgegebener Konfiguration durchqueren muß, die Durchflußbehinderungen des aufsteigenden Dampfstromes aufweist, desto größer ist der Druckabfall in der Anlage für eine vorgegebene Dampfrate.

Für viele Betriebsweisen und insbesondere bei Vakuumbetrieb ist ein sehr geringer Druckabfall erwünscht. Ein hoher Druckabfall in einer vorgegebenen Dampf-Flüssigkeitskontakteinrichtung setzt die Kapazität der Kontaktanlage herab, da ein Anstieg der Dampfdurchsatzrate Hand in Hand mit einem unerwünschten oder übermäßigen Anstieg des Druckabfalls verläuft, wodurch ein Stau der absinkenden Flüssigkeit bewirkt wird und es in der Anlage zu einem überfluten kommt, da diese den an und für sich gewünschten Anstieg in der Dampfrate infolge der erreichten und überschrittenen zulässigen Dampfkapazität nicht länger mehr verarbeiten kann. Die voranstehenden Ausführungen gelten ebenso für die absinkenden Flüssigkeitsraten, da ein Druckabfallspunkt erreicht ist, der ein überfluten der Kontaktanlage bewirkt, da deren Flüssigkeitsaufnahmevermögen erreicht und überschritten worden ist.

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Verschiedene Einrichtungen sind schon auf diesem Gebiet entwickelt worden, um eine größere Kapazität, auch um den Preis einer verringerten Wirksamkeit, oder größere Wirksamkeit um den Preis eines Kapazitätsverlustes zu erhalten. Bei den bekannten Einrichtungen, die mit Maximalkapazität arbeiten, ist nicht nur die Wirksamkeit herabgesetzt oder sind die Kapitalinvestitionen durch ansteigende Behälterhöhen und/oder Durchmesser erheblich ausgeweitet worden, sondern ist auch der Betriebsbereich zwischen dem Kapazitätsstaupunkt und einer erwünschten minimalen Durchsatzrate beengt worden. Dies stellt einen erheblichen Nachteil dar, da dadurch viele Fraktionierungs- oder Dampf-Flüssigkeitskontaktsysteme erforderlich sind, entweder aufgrund der Markt- oder jahreszeitlichen Bedingungen, um bei herabgesetzten Raten, die erheblich unterhalb der ausgelegten maximalen Betriebsrate liegen, zu arbeiten.

In der Dampf-Flüssigkeitskontakttechnik werden Füllkörperpackungen, wie beispielsweise Raschig-Ringe und -Sattelflächen verwendet, um die gewünschten Wirksamkeitswerte, resultierend von oberflächlichen Stauungen und gekrümmten Dampfpfaden für den aufsteigenden, ursprünglichen Dampf zu erhalten. Die Füllkörper- oder Sperrgutpackungen mit ihrer niedrigeren Kapazität erfordern einen größeren Durchmesser der Behälter, um die maximale Durchsatzkapazität bei gleichzeitig guter Trennwirksamkeit zu erhalten. Die wahllose Anordnung von Füllkörperpackungen über die Höhe und den Durchmesser des Bettes, wie sie üblicherweise vorgenommen werden, sind die Ursache für und bewirken eine geringe Verteilung des aufsteigenden Dampfes oder der absinkenden Flüssigkeit, woraus eine Kanalisierung und/oder ein Vorbeiströmen des aufsteigenden Dampfes und/oder der absinkenden Flüssigkeit mit nur sehr geringem Kontakt resultieren. Die Anordnung von Füllgutpackungen an Stellen eines vorgewählten Musters verstärken das Problem der schwachen Dampf-Flüssigkeitsverteilung als auch das Problem des Wirksamkeitsverlustes infolge der geringen Turbulenz durch die vorgewählten Dampf-Flüssigkeitsdurchlässe. Bei verschiedenen Betriebsarten kann es vorkommen, daß eine derartige Fehlverteilung des Dampfes und der Flüssigkeit ein Zusammenpacken oder Verstopfen des Füllgutes herbeiführen, da es Flächen frei von jeglicher Strömung oder mit sehr geringer Turbulenz gibt.

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Bekannte Einrichtungen auf dem Gebiet der Dampf-Flüssigkeitskontaktverfahren sind beispielsweise in den US-Patenten 3 o79 134, Winn und 3 343 821, Winn et al beschrieben und' beziehen sich auf Dampf-Flüssigkeitskontaktanlagen/ die große Dampf- und Flüssigkeitsdurchlaßflächen aufweisen, um eine wirksame Vermischung und . einen Kontakt der aufsteigenden Dämpfe mit der absinkenden Flüssigkeit innerhalb des gesamten mit Gitterbetten belegten Volumens sicherzustellen. Zusätzlich sind bei diesen Anlagen Gitter vorgesehen, die eine entsprechende Festigkeit besitzen, um den Einsatz von zusätzlichen Stützen in den Dampf-Flüssigkeitskontaktbehältern z„u verringern. Derartige Gitter mit ihren exzellenten Dampf-Flüssigkeitsmischcharakteristiken und der gesteuerten Turbulenz des Dampfes und der Flüssigkeit erhöhen wesentlich die Durchsatzkapazität und ermöglichen dadurch den Einsatz von kleineren Türmen mit geringerem Druckabfall als dies in Behältern erreicht werden kann, die mit wahllos angeordneten Füllgutpackungen arbeiten.

Die Dampf-Flüssigkeitskontaktgitter dieser bekannten Anlagen weisen bis zu einem bestimmten Ausmaß die gleiche Erscheinung auf, wie sie Kontaktgittern im allgemeinen zu eigen sind. Bei niedrigen Dampfraten sind sie nicht mehr wirksam, wodurch die praktische minimale Durchsatzrate schon bei einem relativ hohen Wert begrenzt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, demgegenüber verbesserte Dampf-Flüssigkeitskontaktverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren anzugeben, die mit einem oder mehreren zusammengesetzten Gitterbetten und Füllgutzonen arbeiten, wobei an und für sich bekannte Gitterkonfigurationen in Verbindung mit Raschig-Ringen, Sattelflächen und dergleichen verwendet werden und dabei die Druckabfallcharakteristiken, die Berührungsoberfläche, die Dampfdurchflußfläche, die Formfestigkeit und die Dampf-Flüssigkeitsverteilungscharakteristiken der zusammengesetzten Gitterbetten und der Füllgutzonen maximale Wirksamkeit besitzen sollen und die Eigenschaften der Gitterbett- und der Füllgutmaterialien maximal ausgenutzt werden und die jeweiligen vorhandenen Nachteile minimal sind. Im Rahmen dieser Aufgabe liegt es, Gitterbettenanordnungen

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als Haupt- oder Nebenträger für das Füllgut vorzusehen, die infolge ihrer Konfiguration das Füllgutmaterial in seiner eigentlichen relativen Stellung halten und des weiteren das Vermischen dieses Materials mit den Gitterteilen in einer zusammengesetzten Gitterbett- und Füllgutzone bestimmter Art zu verhindern oder so klein wie möglich zu halten.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß gleichzeitig der Dampf und die Flüssigkeit durch einen geschlossenen Behälter als getrennte Zu- und Abflüsse geleitet werden, wobei der Dampffluß durch eine erste Dampf-Flüssigkeitskontaktzone hochsteigt und der Flüssigkeitsstrom durch eine zweite Dampf-Flüssigkeitskontaktzone im Behälter absinkt, anschließend der hochsteigende Dampf die zweite Kontaktzone zur Kontaktherstellung mit dem Flüssigkeitsstrom und die absinkende Flüssigkeit die erste Kontaktzone zur Berührung mit dem Dampffluß durchqueren, daß die Dampf-Flüssigkeitskontaktzonen ein entsprechend großes Volumen, i-iindernisse und sich verengende Durchflußkanäle mit ausreichender Größe zum Entstehen von Turbulenzen zum sorgfältigen Durchmischen des aufsteigenden Dampfes und der absinkenden Flüssigkeit ohne zu hohen Druckabfall und ohne zu große seitliche Verschiebung des Dampfstromes aufweisen, daß zumindestens durch .die erste Kontaktzone eine Grenzfläche quer durch den Dampf- und Flüssigkeitsstrom verläuft, die die Zone in erste und zweite Abschnitte unterteilt, wobei die ersten Abschnitte zumindestens zum Teil im wesentlichen gleichförmige Konfiguration mit gleichen Hindernissen und gleichen Durchflußkanälen besitzen und sowohl erste Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen von erhöhtem Ausmaß von der absinkenden Flüssigkeit beaufschlagt werden, so daß sich Flüssigkeitsfilme für den engen Kontakt mit dem aufsteigenden Dampf bilden als auch erste Flüssigkeitstrennflächen in vergrößertem Ausmaß entstehen, die dem aufsteigenden Dampf ausgesetzt sind, um vom Dampf mitgerissene ■Flüssigkeitströpfchen abzuscheiden, daß die zweiten Abschnitte im wesentlichen eine ungleichförmige Konfiguration mit ungleichmäßigen Hindernissen und Durchflußkanälen aufweisen, die ungleichförmige Berührungsflächen für den Dampf und die Flüssigkeit darstellen, und daß der aufsteigende Dampf und die absinkende Flüssigkeit in-

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nerhalb der gesamten Grenzfläche des Behälters nach dem Eintreten und dem Verlassen jeder der Kontaktzone dispergiert werden.

Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte sind in den Ansprüchen 2 bis 12 beschrieben.

Es ist ferner Ziel der Erfindung, die Kapitalkosten für eine Vor- · richtung zur Durchführung des Verfahrens zu senken, indem aufgrund der Lehre der Erfindung die Durchmesser und Höhen der Kontaktbehälter oder -türme durch Herabsetzung der Gitterbettzonendurchmesser und deren Höhe als auch des Volumens für die Unterbringung der Füllgutträger und durch die Verringerung der Anzahl von Behälteroder Turmdurchmessern minimalisiert werden;wobei angestrebt wird, die maximale Betriebswirksamkeit durch maximale Dampfkapazität und maximalen Flüssigkeitsdurchsatz durch die Kon-taktbehälter oder -türme zu erhalten. .

Innerhalb dieser Aufgabe soll eine gleichmäßige Verteilung des Flüssigkeitsrückstromes über die Fläche jeder Gitterbettzone und in Verbindung damit eine Sammelanordnung für eine bestimmte zusammengesetzte Gitterbett- und Füllgutzone oder mehreren Zonen oder in Verbindung mit getrennten Gitterbetten und/oder Füllgutzonen geschaffen werden, wobei ausgezeichnete Dampf- und Flüssigkeitsverteilungscharakteristiken der Gitterbettstrukturen angestrebt werden, um zu erreichen, daß schlechte Dampf- und Flüssigkeitsverteilungscharakteristiken des Füllgutes minimalisiert werden. Hierzu gehört es auch, die Abschnitte der zusammengesetzten Zone derart wirksam und wirtschaftlich anzuordnen, daß die Verfahrensbedingungen erfüllt sind, gemäß denen die-Dampfmenge konstant bleiben soll, unabhängig davon ob die Dampfrate in der betreffenden zusammengesetzten Zone absinkt oder ansteigt.

Die voranstehend angeführte Aufgabe der Erfindung wird mit einer· Vorrichtung dadurch gelöst, daß ein Behälter einen Dampfeinlaß im unteren Bereich und einen Flüssigkeitsauslaß im oberen Bereich a,ufweist, daß zumindestens eine zusammengesetzte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone sich quer durch den Behälter zwischen dem oberen und

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dem unteren Durchlaß und mit entsprechender Tiefe erstreckt, wobei diese Zone benachbarte überlagerte Abschnitte mit einer Grenzfläche dazwischen aufweist, daß der erste Abschnitt der zusammengesetzten Kontaktzone aus einer Anzahl von Gitterteilen in aufeinandergesetzten Schichten besteht, die sich quer durch den Behälter erstrecken, wobei jedes Gitterteil gestreckte Teile mit relativ geringer Breite aufweist und Querteile diese gestreckten Teile jeder Schicht mit einer weiteren Schicht im entsprechenden räumlichen Abstand verbinden, und die gestreckten Teile mit den Querteilen zusammen begrenz-» te, aufwärts gerichtete Dampfdurchlässe mit relativ großen Flächen zwischen benachbarten Gitterteilen bilden, um Dampfturbulenzen zur Durchmischung des aufsteigenden Dampfes und der absinkenden Flüssigkeit ohne wesentlichen Druckabfall und ohne größere seitliche Versetzung des Dampfstromes zu erhalten, daß die Gitterteile erste Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen von vergrößertem Ausmaß aufweisen, die der absinkenden Flüssigkeit ausgesetzt sind, um die Ausbildung von Flüssigkeitsfilmen für die Kontaktherstellung durch den aufsteigenden Dampf zu ermöglichen, daß erste Flüssigkeitstrennflächen von vergrößertem Ausmaß vorgesehen sind, die von dem aufsteigenden Dampf zur Abscheidung der mitgerissenen Flüssigkeit beaufschlagbar sind, daß der zweite Abschnitt .der zusammengesetzten Kontaktzone eine Lage aus.Schüttgut mit einer Anzahl von diskreten Elementen aufweist und mit ungleichmäßigen Durchlässen und ungleichförmigen Kontaktflächen für Dampf und Flüssigkeit versehen sind, und daß Einrichtungen zum Dispergieren von Dampf und Flüssigkeit quer durch die Fläche des Behälters unmittelbar ober- und unterhalb des zweiten Abschnittes der zusammengesetzten Kontaktzone angeordnet sind.

Die weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aus den Ansprüchen 14 bis 22 ersichtlich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Dampf-Flüssigkeitsberührung in Zonen, die sowohl Kontaktelemente als auch Füllgutelemente umfassen. Jede Zone weist zwei angrenzende Hauptbereiche auf, und zwar einen Gitter- und einen Füllgutbereich. Der aufsteigende Dampf wird in Kontakt mit dem einen Bereich in der Zone gebracht,

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bevor er in Berührung mit dem anderen Bereich tritt; welcher Bereich zuerst mit dem Dampf in Kontakt kommt/ hängt davon ab, welcher der voranstehend beschriebenen drei Grundprozeßzustände vorliegt.

Bei einer weiteren Verfahrensweise gemäß der Erfindung werden beide, sowohl die Flüssigkeit als auch der Dampf, in den Füllgutbereich einer Zone eingeleitet, wobei der Eintritt entweder von dem Gitterbereich oder von einem anderen Teil des Behälters aus erfolgt, bevorzugt durch zumindestens ein dünnes Gitterbett, das vor dem Einlaß zu dem Füllgutbereich angeordnet ist. Für den Fall, daß der Eintritt von dem Gitterbereich der Zone aus erfolgt, erfüllt der Gitterbereich selbst diese Funktion und es ist dann kein eigenes dünnes Gitterbett erforderlich. In der weiteren Beschreibung soll begrifflich der Teil des Gitterbereichs nächst dem Füllgutbereich als das voranstehend erwähnte 'dünne Gitterbett' gemeint sein. Durch diesen Verfahrensschritt wird die Verteilung der Flüssigkeitsund Dampfströme, die in den Füllgutbereich eintreten, verbessert und ein großer Schritt in. Richtung auf die Verhinderung eines wesentlichen Nachteils der Füllgutpackungen, nämlich der Kanalisierung und des Aneinandervorbeistromens der Materialien ohne innigen Kontakt, getan.

Einer der Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Erhöhung der Flexibilität des Betriebes erhalten^ wird, da die Kontaktzone Elemente umfaßt, die bei hohen Dampfraten wirksam sind und darüberhinaus auch Elemente besitzt, die bei niedrigen Dampfraten zufriedenstellend arbeiten. Weitere Betriebsvor— teile werden nachstehend noch näher beschrieben werden.

Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Gitterbereiche und die dünnen Gitterbetten angrenzend zu den Füllgutbereichen der Zone angeordnet und wirken als Träger- und Haltevorrichtungen für die Packung. Dadurch wird vor allem ein wesentlicher Kostenvorteil erreicht, da der Anteil an Behälterraum, der durch Einrichtungen eingenommen wird, die in erster Linie Strukturformteile sind, pro Volumseinheit größere Kosten verursacht als der Anteil an Behälter-

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raum, der Einrichtungen zur Durchführung des Dampf-Flüssigkeits- ^v kontaktverfahrens enthält.Dabei trägt der Behälterraum, der die Strukturformteile aufnimmt, zu dem Verfahren selbst nichts bei. Durch Verringerung dieser Formteile, wie dies erfindungsgemäß vor-' geschlagen wird, kann der zugehörige Behälterraum verkleinert werden, und die Kapitalinvestition für den Behälter dementsprechend reduziert werden.

In Verbindung mit dem Obigen ist darauf hinzuweisen, daß üblicherweise die Füllgutpackungen von gelochten Platten oder Böden abgestützt werden und durch darüberliegende Gitter niedergehalten werden, wobei sowohl die Platten als auch die Gitter Behälterraum beanspruchen, aber zu dem Verfahren nichts beitragen.

In vorteilhafter Weise wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine verbesserte Behandlungszone für den Einbau in einem Kontaktbehälter geschaffen, die unter anderem eine Sprüheinrichtung oberhalb eines Kontaktgitters aufweist, entweder in einem dünnen Gitterbett oder -einem Gitterbereich.,, ein Paar von benachbarten Kontaktbereichen, Füllgut und ein Kontaktgitter, wobei die Bereiche am Boden mit zumindestens einem dünnen Kontaktgitterbett abgeschlossen sind, das entweder Teil des Gitterbereichs ist oder von diesem getrennt angeordnet ist, wobei unterhalb des Gitterbettes ein Sammelboden für das Auffangen der durch die Zone absinkenden Flüssigkeit und das Einleiten des Dampfes in diese Zone vorgesehen ist.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der vor allem die Kapitalkosten der Anlage gesenkt werden und Türme oder Behälter mit kleineren Durchmessern und geringerer Höhe eingesetzt werden können, sind folgende:

1. Gititerförmige Dampf-Flüssigkeitskontaktformen lassen hohe Dampfmengen mit geringem Druckabfall und guter Wirksamkeit zu.

2. Füllgutmaterial in angrenzender und geeigneter funktionaler Beziehung zu den Gitterformen weist eine hohe Wirksamkeit ohne Beeinträchtigung der Kapazität auf.

3. Gitterformen besitzen eine hohe Eigenformfestigkeit und Tragfä-

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higkeit für Füllgutmaterialabschnitte und verhindern die Vermischung des Füllgutes mit dem Gitterabschnitt.'

4. Gitterformen nehmen das Füllgutmaterial auf und behalten eine gleichförmige Betthöhe bei/ aufgrund der eine vorteilhafte
Korrektur einer eventuellen Fehlverteilung des Dampfes durch
das Füllgutmaterial und eine gleichförmige Verteilung der absinkenden Flüssigkeit in dem Material erzielbar sind.

5. Die Turmhöhe wird minimalisiert/ da die Gitterformen das Füllgutmaterial stützen und dadurch die Notwendigkeit für eigene, getrennte Stützteile als auch für eine zusätzliche Turmhöhe
zur Schaffung von adäquatem Raum zwischen den getrennten Gitter- und Füllgutzonen zur Wiederherstellung einer gleichförmigeren Dampfverteilung in bezug auf die Geschwindigkeit und den Druckabfall ausgeschaltet wird.

Weitere Verfahrensvorteile der Erfindung umfassen;

1. Die Geschwindigkeit und die kinetische Energie des Dampfes wer-"den auf Werten gehalten, die zwischen einem Maximal- oder Minimalwert liegen, um unstabile oder schwierig zu kontrollierende Betriebszustände zu vermeiden und um die gewünschten Druckabfallwerte zu erhalten, ohne daß dadurch ein zusätzlicher oder schädlicher Druckabfall durch die notwendige Verwendung der maximalen oder minimalen Geschwindigkeit und der entsprechenden kinetischen Energie auftritt.

2. In dem Dampf-Flüssigkeitskontaktsystem kann der Druckabfall zwischen dem Einlaß für das Ausgangsmaterial und dem Auslaß auf
einen niedrigen und stabilen Wert eingestellt werden.

3. Es werden eine oder mehrere zusammengesetzte Gitterbett- und Füllgutzonen verwendet, um die gewünschte Wirksamkeit und die Durchsatzkapazität zu erhalten und um die Notwendigkeit für
einen Behälter mit unterschiedlichen Durchmessern auszuschalten, der üblicherweise bei bekannten Dampf-Flüssigkeitskontaktanlagen erforderlich ist.

4. Eine oder mehrere zusammengesetzte Gitter- und Füllgutzonen
werden angewandt, um maximale Wirksamkeit, maximale Kapazität und minimalen Druckabfall unter optimalen Betriebsbedingungen

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zu erhalten, während ebenso eine hohe Wirksamkeit bewahrt wird, wenn die Betriebsabläufe bei wesentlich niedrigeren Dampf- und/ oder"Flüssigkeitsraten ohne Beeinträchtigung des gewünschten Druckabfallwertes oder der Stabilität des Betriebsablaufes stattfinden; diese Fähigkeit wird normalerweise als ein gutes Abstufungsverhältnis angesehen und wird in großem Umfang angestrebt, da entweder die Marktbedingungen und/oder Jahreszeiteinflüsse es erforderlich machen können, bei erheblich niedrigeren Raten die Anlage zu betreiben.
5. Das Dampf-Flüssigkeitskontaktsystem ermöglicht eine schnelle Trennung infolge der Anwendung von zusammengesetzten Gitterbett- und Füllgutzonen in Verbindung mit Sprühkopfeinrichtungen und Sammelböden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 - eine schematische, vertikale Schnittansicht eines Teils eines Dampf-Flüssigkeitskontaktturmes oder -behälters,

Figur 2 - eine vergrößerte schematische, vertikale Schnittansicht eines Teils der unteren, zusammengesetzten Gitterbett- und Füllgutzone des Dampf-Flüssigkeitskontaktturms nach Figur 1,

Figur 3 - eine graphische Darstellung der relativen maximalen Kapazitäten der Dampf-Flüssigkeitskontaktgitterformen und des Füllgutes in bezug auf unterschiedliche Raten der absinkenden Flüssigkeiten in Gallonen pro Minute und pro Flächenquadratfuß als auch in bezug auf die hierzu gehörenden relativen Kapazitätsfaktoren,

Figur 4 - eine graphische Darstellung der relativen Wirksamkeit in Abhängigkeit von der Dampfrate, und

Figur S - eine Ansicht ähnlich zu derjenigen nach Figur 2 einer abgewandelten zusammengesetzten Gitterbett- und Füllgutzone, in der der Gitterabschnitt den Füllgutabschnitt überdeckt.

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Zunächst wird eine Dampf-Flüssigkeitskontaktanlage näher beschrieben, in der die oberflächliche Stromrate oder die Dampfmenge ab- " sinkt, wenn der Dampf durch die Anlage nach oben steigt»

Figur 1 zeigt einen Teil eines Dampf-Flüssigkeitskontäktturms oder Behälters, der zumindestens eine zusammengesetzte Gitterbett- und Füllgutpackungszone 2o, eine oder mehrere Zwischenzonen 4o mit Füllgutpackungsmaterial, eine obere oder Spitzengitterbettzone 6o aufweist, ferner herkömmliche Sprühkopfsysteme 25, 45, 65, die oberhalb der Zonen angeordnet sind, Sammelböden 3o, 5o, 7o unterhalb dieser Zonen und einen Dunstabscheider 55, der unter der Zone 4o liegt und dessen Sammelboden 5o. Jeder Sammelboden besitzt eine Sumpf- und Abzugsleitung 3oa, 5oa, 7oa. Flüssigkeit kann durch derartige Leitungen für die Weiterverarbeitung oder Lagerung abgezogen werden oder für die Wiedereinführung in den Turm mittels geeigneter Verteilervorrichtungen an jedem gewünschten Punkt im Behälter. Eine Waschölzone 11, bestehend aus Kontaktgittern, ist im Turm Io unterhalb der Zone 2o befestigt. Der Turm Io besitzt einen Einlaß 12 in seinem unteren Teil und eine Auslaßleitung 14 im oberen Ende bzw. in der Kuppel.Verhältnismäßig große Halteschienen 21, 41, 61 erstrecken sich quer durch den Turm unterhalb der Zonen und die Enden der Schienen 21 und 41 sind mit der Wand des Turms durch geeignete Stützvorrichtungen 22 bzw. 42 verbunden. Zum Umschließen der oberen Zone 6o erstreckt sich eine ringförmige Einfassung 16 von der Kuppel oder dem oberen Ende des Turmes Io nach unten, die nach innen gerichtete Stützvorrichtungen 62 zwischen dem oberen und unteren Rand zum Befestigen der Schiene 61 aufweist. Zumindest eine Reihe oder Lage 23, 43, 63 der Gitterteile oder Tafeln, die an und für sich aus den voranstehend erwähnten US-Patentschriften bekannt sind, sind jeweils auf den entsprechenden Stützvorrichtungen 21, 41, 61 aufgesetzt und bilden Böden oder Träger für die besagten Zonen.. Eine detaillierte Beschreibung dieser Gitterteile oder Tafeln ist in den angezogenen US-Patentschriften enthalten.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, besteht die zusammengesetzte Zone 22 aus einem Bett oder einem Abschnitt 24 der erwähnten Gitterteile oder Tafeln, die in Schichten oder Lagen 26 mit benachbarten

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Schichten in winkelförmiger Beziehung zueinander angeordnet sind und von denen die unterste Lage oder Schicht des Bettes oder des ' Abschnitts durch den Boden oder Träger 23 der Gitterteile oder Tafeln gebildet wird. Eine Schicht 27 einer Füllgutpackung liegt auf dem Gitterbett oder Abschnitt 24 in unmittelbarer Nachbarschaft auf und die Füllgutpackung kann beispielsweise in Form von Raschig-Ringen 28 oder von sonstigen anderen geeigneten diskreten Elementen, wie sattelförmigen Bögen, vorgesehen sein, die unter anderem in den US-Patentschriften 2 639 9o9 und 3 266 787 als charakteristische Formen für diesen Zweck beschrieben sind. Zur Sicherung der Füllgutpackung 28 gegen eine Verschiebung ist eine einteilige Haltevorrichtung 29 auf das Bett 27 aufgesetzt. Dieses besteht aus zumindestens einer und bevorzugt aus zwei oder mehreren Lagen oder Reihen von Gitterteilen oder Platten. Falls eine Vielzahl von Reihen vorgesehen ist, können diese durch eine Vielzahl von J-Bolzen 31 gesichert werden.

Wie im einzelnen in der US-Patentschrift 3 343 821, Winn et al, beschrieben ist, kann jede der Lagen oder Schichten 26 eine Vielzahl von verlängerten, aufrecht stehenden Teilen 32, 33 umfassen, die sich quer durch den Behälter Io erstrecken. Diese verlängerten Teile sind im wesentlichen parallel und derart angeordnet/ daß sie räumlich auf Lücke zueinander stehen oder versetzt zueinander sind, so daß sie aufgerichtet und herabhängend angeordnet sind, wobei die unteren Ränder der aufrecht stehenden Teile 32 in oder nahezu in Querrichtung mit den oberen Rändern der herabhängenden Teile 33 fluchten. Eine Anzahl von geneigten Elementen 34, 35 verbindet räumlich diese Teile mit den anderen. Des weiteren sind in gleicher Weise sich erstreckende Flansche 36, 37 an den unteren und oberen Rändern der verlängerten Teile 32, 33 ausgebildet, um nach oben und unten gerichtete Oberflächen von verstärkter Größe zu erhalten. Es ist ersichtlich, daß diese Oberflächen auf verschiedene Arten gebildet sein können, beispielsweise durch die Verbindungsvorrichtungen.

Die in Figur 1 gezeigte Zwischenfüllgutpackungszone 4o umfaßt ein Bett 44, bestehend aus einer Vielzahl von diskretem Packungsmaterial 46, wie beispielsweise Raschig-Ringe, die auf dem Gitterträ-

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ger 43 aufliegen und einer darüberliegenden Haltevorrichtung 47, die im wesentlichen identisch zu der Vorrichtung 29 zum Verhindern einer Verschiebung des Packungsmaterials ist. J-Bolzen 48 halten die Schichten oder Reihen zusammen. Wie zu erkennen ist, ist die Haltevorrichtung 47 im wesentlichen identisch zu der Vorrichtung 29 oder weist eine gegenüber dieser leicht abgewandelte Ausbildung auf. Die Scheitelgitterbettzone 6o ist ähnlich zu dem Gitterbett 24 der Zone 2o geformt und umschließt ein Bett 64 der voranstehend beschriebenen Gitterteile oder Platten, die in Lagen oder Schichten 66 derart angeordnet sind, daß benachbarte Schichten zueinander winkelförmig liegen. Eine Haltevorrichtung 67, im wesentlichen identisch zu den Vorrichtungen 29 und 47, deren Lagen durch J-Bolzen 68 gesichert sind, liegt auf dem Gitterbett 64 auf und wird durch dieses abgestützt. Es ist festzuhalten, daß der dargestellte Gitterträger 43 eine modifizierte Anordnung sein kann und daß jedes der Gitterbetten 24, 6o und die Haltevorrichtungen 29, 47, 67 als auch die Träger 23, 63 gleichfalls abgewandelt sein können.

Für eine gewünschte maximale Dampfzuflußrate kann .die maximale Kapazität eines Gitterabschnittes oder eines Füllgutpackungsabschnittes mit vorgegebenem Durchmesser von den in Figur 3 aufgetragenen Kurven bestimmt werden, die in Abhängigkeit von unterschiedlichen Raten der absinkenden Flüssigkeit, ausgedrückt in Gallonen pro Minute und pro Quadratfuß der Behälterfläche und eines Kapazitätsfaktors angegeben sind, der gleich der oberflächlichen Dampfgeschwindigkeit mal der Quadratwurzel des Quotienten aus Dampfdichte und der Differenz in der Dichte der absinkenden Flüssigkeit und des Dampfes ist. Die oberflächliche Dampfgeschwindigkeit wird in Fuß pro Sekunde ausgedrückt»

Wie in Figur 3 gezeigt ist, gewährt der Durchflutungspunkt oder die Überflutungslinie der Gitterabschnitte einen erheblich höheren Kapazitätsfaktor als der Überflutungspunkt oder die Überflutungslinie des Füllgutpackungsabschnittes für eine vorgegebene Rate der absinkenden Flüssigkeit. Die oberflächliche Dampfflußrate des eingeleiteten Dampfes sinkt, wenn dieser durch die zusammengesetzte Zone des Turms hochsteigt, da der Dampf durch die absinkende Flüs-

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sigkeit kondensiert wird. Wegen der geregelten Turbulenz und wegen des Dampf-Flüssigkeitskontakts des Gitterabschnitts wird ein vorherbestimmter oder erwünschter Prozentsatz des Dampfes durch den Gitterabschnitt kondensiert, der von dem Zustand und den Bedingungen als auch von der Höhe des Abschnittes abhängt. Normalerweise werden 2o bis 4o % des Dampfes in der Zeit kondensiert, in der dieser den Füllgutpackungsabschnitt der^zusammengesetzten Zone erreicht. Die verbleibende Dampfmenge ist gleichmäßig über die Fläche des Behälters verteilt. An der Grenzfläche von Gitter und Füllgutpackungsabschnitten hat sich die Dampfmenge auf einen annehmbaren Wert abgesenkt, so daß der Dampf durch den Füllgutpackungsbereich emporsteigt, ohne die erwünschte Kapazität der Dampfdurchflußrate durchJdie zusammengesetzte Zone zu beschränken.

Die in Figur 4 aufgetragenen Kurven zeigen die Wirksamkeit in Abhängigkeit von der Dampfrate, wobei die Dampfrate als eine Funktion der oberflächlichen Dampfgeschwindigkeit mal der Quadratwurzel der Dampfdichte angegeben ist. Wie aus den entsprechenden Kurven ersichtlich ist, behält der Gitterabschnitt eine gleichförmige und hohe Wirksamkeit bei, wenn die Dampfraten erheblich oberhalb der maximalen Kapazität des Füllgutpackungsabschnitts liegen; immer dann, wenn die Dampfrate auf niedrige Werte absinkt, zeigt die Wir.ksamkeitskurve des Gitterabschnittes einen Ausfall an Wirksamkeit. Werden derartige niedrige Dampfraten in einem bestimmten System erreicht, so behält die Dampfrate oder die sich durch den Füllgutpackungsabschnitt bewegende Ladung, bzw. dieser Abschnitt einen guten Wirkungsgrad bei und ist dafür geeignet, die niedrigeren Dampfraten ohne wesentlichen Druckabfall oder Verlust an Fassungsvermögen zu akzeptieren.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß der Gitterabschnitt 24 der zusammengesetzten Zone 2o selbsttragend ist und die Strukturform hat, um das Gewicht des Füllgutpackungsmaterials 27 zu tragen. Es ist selbstverständlich, daß in großen Türmen Hauptträger bzw. Stützen erforderlich sind, auf denen die Enden der Gitterteile aufliegen, da üblicherweise derartige Gitterteile aus selbsttragenden Platten mit Längen zwischen 2 bis 2,7o m (6 bis 8 Fuß) bestehen. Wie schon

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erwähnt, wird das Füllgutpackungsmaterial in seiner Stellung durch geeignete Einrichtungen gehalten, die eine Verschiebung während des Betriebes verhindern und den Füllgutpackungsabschnitt auf gleicher Höhe halten. Gitterabschnitte und Tafeln können für den Haltezweck und für die Erzielung des weiteren Vorteils einer verbesserten Verteilung des Dampfes verwendet werden, der während des Aufsteigens durch den Füllgutpackungsbereich eine Fehlverteilung erhalten haben kann. Diese Gitterabschnitte und Tafeln erfüllen des weiteren die Funktion einer Verteilung der absinkenden Flüssigkeit über den Scheitel des Füllgutpackungsabschnitts. Die Gitterplatten weisen eine derartige Ausbildung auf, daß eine Vermischung des Füllgutpackungsmaterials innerhalb des durch den Gitterabschnitt belegten Raumes so klein wie möglich gehalten ist und im wesentlichen sogar vermieden wird.

Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Sprühkopf 25 für das Versprühen der absinkenden Flüssigkeit über das Haltegitter 29 ausgelegt, um eine geeignete Verteilung zu erhalten; und der Sammelboden dient dazu, die absinkende Flüssigkeit zu leiten, zu sammeln und/oder zu verteilen, nachdem sie die zusammengesetzte Gitter- und Füllgutpackungszone 2o durchsetzt hat.

Im folgenden wird eine Dampf-Flüssigkeitskontaktanlage beschrieben, in der die oberflächliche Durchflußrate oder Dampfmenge während des Aufsteigens des Dampfes durch die Anlage erhöht wird.

Die in Figur 5 gezeigte, zusammengesetzte Füllgutpackungs- und Gitterbettzone 75 stellt eine Umkehrung der zusammengesetzten Zone 2o nach den Figuren 1 und 2 dar. Sie umfaßt gleichfalls eine Gitterstützvorrichtung 8o, auf der die gewünschte Höhe an Füllgutpackungsmaterial zur Bildung eines Bettes oder eines Abschnitts 76 ähnlich dem Bett 27 aufgebracht ist. Ein Gitterabschnitt 77 liegt über dem Füllgutpackungsabschnitt 76 in unmittelbarer Nachbarschaft mit diesem Abschnitt und besitzt die erforderliche Höhe für einen zufriedenstellenden Betriebsablauf. Der übrige Teil dieser,abgewandelten Zone ist identisch mit der zusammengesetzten Zone 2o.

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Wie schon erwähnt, ist es erforderlich für eine erwünschte anfängliche Dampfzufuhrsrate die maximale Kapazität eines Gitterabschnittes oder eines Füllstoffpackungsbereichs mittels der aufgetragenen Kurven zu bestimmen, die von den unterschiedlichen Raten der absinkenden Flüssigkeit, ausgedrückt in Gallonen pro Minute und pro Quadratfuß der Behälterfläche und von einem Kapazitätsfaktor abhängen, der gleich der oberflächlichen Dampfgeschwindigkeit mal dem Quotienten der Quadratwurzel der Dampfdichte, dividiert durch die Differenz.in der Dichte der absinkenden Flüssigkeit und des Dampfes ist. Wie Figur 3 zeigt, besitzt der Überflutungspunkt oder die Überflutungslinie des Gitterabschnitts einen wesentlichen höheren Kapazitätsfaktor als der Überflutungspunkt oder die Überflutungslinie des Füllgutpackungsbereichs gemäß Figur 5. Die oberflächliche Dampfrate des eingeleiteten Dampfes erhöht sich beirrt Aufsteigen des Dampfes durch die zusammengesetzte Zone, die aus einem. Bett von Füllgutpackungsmaterial besteht, auf welchem eine Gitterlage in unmittelbarer Nachbarschaft aufliegt.

Obwohl der aufsteigende Dampf während des Durchgangs durch die zusammengesetzte Zone in erhöhter Menge anfällt, besitzt das Füllgutpackungsmaterial eine ausreichende Kapazität, um die anfängliche Dampfzufuhrsrate aufnehmen zu können. Durch den gesamten Abschnitt des Füllgutpackungsmaterials in der. zusammengesetzten Zone zeigt die Wirksamkeit einen hohen Wert und der Druckabfall liegt innerhalb annehmbarer Grenzen. In einer Höhenstellung des Füllgutpackungsabschnitts, in der die Dampfrate einen Wert erreicht hat, der das Fassungsvermögen des Behälters beeinträchtigt, wird die an den Füllgutpackungsabschnitt angrenzende Zwischenfläche und der darüberliegende Gitterbereich erreicht. An dieser Grenzfläche nimmt der Gitterabschnitt die sich erhöhende Dampfflußrate mit einem guten Wirkungsgrad für die Komponententrennung und mit einer Verbesserung und in keinem Fall einer Beeinträchtigung des Druckabfalls durch diesen Gitterabschnitt auf. Es ist*darauf hinzuweisen, daß der Gitterabschnitt des weiteren die Funktion erfüllt, den wesentlichen Grad einer Fehlverteilung des aufsteigenden 'Dampfes, die während des Durchgangs des Dampfes durch den Füllgutpackungsbereich der zusammengesetzten Zone entstanden sein kann,

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zu eliminieren. Im übrigen wird auf die Ausführungen anhand von Figur 4 verwiesen.

Die zusammengesetzte Zone, bestehend aus einem Abschnitt aus Füllgutpackungsmaterial und einem Gitterabschnitt, wird durch eine geeignete Gitteranordnung oder durch geeignete Platten des Gitteraufbaus abgestützt. Die Stützgitterplatten bewirken eine gleichmäßige Verteilung des aufsteigenden Dampfes/ bevor dieser den Füllgutpakkungsabschnitt durchströmt und des weiteren ist ein darüberliegender Gitterabschnitt der zusammengesetzten Zone vorgesehen, der eine gleichförmige Dampfentleerung herbeiführt, nachdem der Dampf die Zone durchsetzt hat, um die Turmhöhe so klein wie möglich halten zu können, da das Volumen oberhalb dieser Zone nicht so groß sein muß, als dies üblicherweise für eine gleichmäßige Dampfverteilung und einen gleichförmigen Entleerungsdruckabfall und eine entspre- · chende Betriebsstabilität erforderlich ist. Die Ausbildung der zusammengesetzten Zone minimalisiert oder verhindert im wesentlichen eine Vermischung des Füllgutpackungsmaterials mit dem Gitter.

Im folgenden wird auf eine Dampf-Flüssigkeitskontaktanlage Bezug genommen, bei der die Dampfmenge ohne bemerkenswerte Schwankungen im wesentlichen konstant während des Dampfaufstieges durch die Vorrichtung bleibt.

Bestimmte Prozeßeinheiten können vom Standpunkt des Fassungsvermögens durch eine erhebliche Änderung in der Dichte des .aufsteigenden Dampfes in den Einheiten oder in gewissen Zonen der Einheiten gesteuert werden. Beispielsweise kann die Dampfmenge, die sich durch eine Zone des Behälters bewegt, im wesentlichen' konstant gehalten sein, wobei jedoch das Dampfvolumen erheblich vergrößert und die Dampfdichte dementsprechend abgesenkt wird, woraus eine erhöhte kinetische Energie des Dampfes erfolgt, die die Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung ohne Verlust an Kapazität und/oder Wirksamkeit beherrschen muß. . .

Derartige Turmeinheiten, wie sie voranstehend erwähnt sind, machen die Verwendung von zusammengesetzten Zonen mit Gittern und Füll-.

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gutpackungen in umgekehrter Beziehung als in Figur 5 gezeigt/ erforderlich, um die höheren Anforderungen an die Kapazität und an die gleichmäßige Verteilung der Gitterstruktur zu erfüllen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehenden Erläuterungen und .Darstellungen beschränkt, in denen die oberflächliche Dampfrate geregelt wird. An der Einströmstelle für die Ausgangsmaterialien muß der aufsteigende Dampf zum Erzielen eines wirksamen Betriebsablaufs die Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung in einem gleichförmig verteilten Zustand mit minimaler Fehlverteilung betreten, um eine Kanalisierung des aufsteigenden Dampfes und der absinkenden Flüssigkeit zu verhindern. Es ist ersichtlich, daß bei einer erheblichen Fehlverteilung des Dampfes oder eines Teildampfstromes und eines Teilflüssigkeitsstromes an der Eintrittsstelle das Problem auftritt, daß der Dampf die durch die zusammengesetzte Zone absinkende Flüssigkeit mitreißt. Die Gitter verklei-. nern aufgrund ihrer Verteilungscharakteristiken den Betrag an mitgerissener Flüssigkeit, der durch den aufsteigenden Dampf hochgetragen wird und verhindern ein frühzeitiges überfluten.

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Claims

2. September 1974 7996

Patentansprüche

1. Dampf-Flüssigkeitskontaktverfahren zur Herbeiführung eines innigen Kontakts zwischen einem Dampf und einer Flüssigkeit/ dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig der Dampf und die Flüssigkeit durch einen geschlossenen Behälter als getrennte Zu- und Abflüsse geleitet werden, wobei der Dampffluß durch eine erste Dampf-Flüssigkeitskontaktzone hochsteigt und der Flüssigkeitsstrom durch eine zweite Dampf-Flüssigkeitskontaktzone im Behälter absinkt, anschließend der hochsteigende Dampf die zweite Kontaktzone zur Kontakther— stellung mit dem Flüssigkeitsstrom und die absinkende Flüssig- "~~ keit die erste Kontaktzone zur Berührung mit dem Dampffluß durchqueren, daß die Dampf-Flüssigkeitskontaktzonen ein entsprechend großes Volumen, Hindernisse und sich verengende Durchflußkanäle mit ausreichender Größe zum Entstehen von Turbulenzen zum sorgfältigen Durchmischen des aufsteigenden Dampfes und der absinkenden Flüssigkeit ohne zu hohen Druckabfall und ohne zu große seitliche Verschiebung des Dampfstromes aufweisen, daß zumindestens durch die erste Kontaktzone eine Grenzfläche quer durch den Dampf-und Flüssigkeitsstrom verläuft, die die Zone in erste und zweite Abschnitte unterteilt, wobei die ersten Abschnitte zumindestens zum Teil im wesentlichen gleichförmige Konfiguration mit gleichen Hindernissen und gleichen Durchflußkanälen besitzen und sowohl erste Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen von erhöhtem Ausmaß von der absinkenden Flüssigkeit beaufschlagt werden, so daß sich Flüssigkeitsfilme für den engen Kontakt mit dem aufsteigenden Dampf bilden als auch erste Flüssigkeitstrennflächen in vergrößertem Ausmaß entstehen, die dem aufsteigenden Dampf ausgesetzt sind, um vom Dampf mitgerissene Flüssigkeitströpfchen abzuscheiden, daß die zweiten Abschnitte im wesentlichen eine ungleichförmige Konfiguration mit ungleichmässigen Hindernissen und Durchflußkanälen aufweisen, die ungleichförmige Berührungsflächen für den Dampf und die Flüssigkeit dar-

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stellen, und daß der aufsteigende Dampf und die absinkende Flüssigkeit innerhalb der gesamten Grenzfläche des Behälters nach dem Eintreten und dem Verlassen jeder der Kontaktzone dispergiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch -gekennzeichnet, daß der aufsteigende Dampf und die absinkende Flüssigkeit eine dritte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone von entsprechend großem Volumen durchqueren, die mit Hindernissen und Dampfdurchflußkanälen mit relativ großen Flächen versehen ist, um Turbulenzen zum durchgreifenden Mischen von Dampf und Flüssigkeit ohne wesentlichen Druckabfall und ohne zu große seitliche Versetzung des Dampfstromes zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dampf-Flüssigkeitskontaktzone ähnlich den zweiten Abschnitten der ersten Kontaktzone ausgebildet wird und eine überwiegend ungleichförmige Konfiguration aufweist, deren Staustellen und Durchflußkanäle im wesentlichen ungleichmäßig und deren Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen ungleichförmig sind. ·

4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die absinkende Flüssigkeit nach dem Durchgang durch jede Dampf-Flüssigkeitskontaktzone gesammelt und durch Flüssigkeitsverteilereinrichtungen zur Sicherstellung einer möglichst gleichförmigen Verteilung vor dem Eintritt in eine weitere Kontaktzone in diese eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, d* aß die erste Dampf-Flüssigkeitskontaktzone und die erste Flüssigkeitstrennfläche im wesentlichen gleichförmig ausgebildet werden und sich nach oben bzw. nach unten erstrecken.

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Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dampf-Flüssigkeitskontaktzonen voneinander räumlich getrennt angeordnet werden, so daß ein frei nach oben gerichteter Flüssigkeitsstrom zwischen den Kontaktzonen hindurchströmen kann.

Verfahren zur Herbeiführung eines innigen Kontakts zwischen flüssigen und dampfförmigen Strömen, ₍

dadurch gekennzeichnet,daß die flüssigen und die dampfförmigen Ströme im Gegenstrom zümindestens durch eine erste zusammengesetzte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone, deren Volumen sich überwiegend quer und gerade zu der Durchflußrichtung erstreckt, hindurchgeleitet werden, daß die aufsteigenden und die absinkenden Ströme in der Dampf-Flüssigkeitszone ohne zu großen Druckabfall und ohne wesentliche seitliche Versetzung des dampfförmigen Flüssigkeitsstroms durch das Hindurchströmen der Ströme durch begrenzte Dampfdurchlaßkanäle mit relativ großen Durchtrittsquerschnitten und durch die Berührung der Ströme mit Staustellen entsprechender Ausdehnung zur Schaffung von Turbulenzen zur Unterstützung der Durchmischung durch und durch gemischt werden, daß die zusammengesetzte Kontaktzone benachbarte überlagerte Abschnitte mit bestimmten Volumina sowohl gleichförmiger als auch ungleichförmiger Konfiguration aufweist, wobei die Abschnitte mit gleichförmiger Konfiguration durch erste Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen vergrößerter Ausdehnung festgelegt werden, die dem absinkenden Strom ausgesetzt sind, um die Entstehung von Flüssigkeitsfilmen für die Berührung mit dem aufsteigenden Strom herbeizuführen und erste Flüssigkeitstrennflächen mit vergrößerten Abmessungen durch den aufsteigenden Strom zur Abscheidung der mitgeführten Flüssigkeit beaufschlagt werden, daß die Abschnitte mit ungleichförmiger Konfiguration mit unregelmäßig angeordneten Dampfdurchlaßkariälen und Staustellen versehen sind, und daß die auf- und absteigenden Ströme in Querrichtung des Flüssigkeitsstromes zwischen Eintritt und Austritt in die bzw. aus der zusammengesetzten Kontaktzone durchgehend dispergiert werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen und die dampfförmigen Ströme zumindestens durch eine zweite Dampf-Flüssigkeitskontaktzone im Gegenstrom hindurchgeführt werden, dere¹'¹ Volumen sich gerade und quer zur Durchflußrichtung ausdehnt, wobei der aufsteigende Strom die zweite Kontaktzone nach dem Verlassen der zusammengesetzten ersten Kontaktzone und der absinkende Strom die zweite Kontaktzone vor dem Eintritt in die zusammengesetzte erste Kontaktzone durchsetzen, und daß die Ströme in der zweiten Kontaktzone ohne zu großen Druckabfall und ohne wesentliche seitliche Versetzung des dampfförmigen Flüssigkeitsstroms durch und durch gemischt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der absinkende Strom nach dem Durchgang durch jede Dampf-Flüssigkeitszone gesammelt und durch Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen zur Sicherung einer gleichmäßigeren Verteilung vor dem Eintritt in eine weitere Zone eingeleitet wird.

Io. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,.daß die Dampf-Flüssigkeitskontaktzonen voneinander räumlich getrennt sind, um einen ungestörten nach oben gerichteten Fluß des aufsteigenden Stromes und einen entsprechend freien Fluß des absinkenden Stromes zu ermöglichen.

11·. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die absinkende Flüssigkeit nach unten auf die zusammengesetzte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone zum Erreichen einer gleichmäßigen Verteilung über die gesamte Fläche dieser Zone zerstäubt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Dampf-Flüssigkeitskontaktzonen und die ersten Flüs-

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sigkeitstrennflachen gleichförmig ausgebildet sind und sich nach oben bzw. nach unten erstrecken.

13. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (lo) einen Dampfeinlaß (12) im unteren Bereich und einen Flüssigkeitsauslaß (14) im oberen Bereich aufweist, daß zumindestens eine zusammengesetzte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone (2o) sich quer durch den Behälter (Xo) zwischen dem oberen und dem unteren Durchlaß und mit entsprechender Tiefe erstreckt, wobei diese Zone benachbarte überlagerte Abschnitte (24) mit einer Grenzfläche dazwischen aufweist, daß der erste Abschnitt (24) der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) aus einer Anzahl von Gitterteilen in aufeinandergesetzten Schichten besteht, die sich quer durch den Behälter (lo) erstrecken, wobei jedes Gitterteil gestreckte Teile mit relativ geringer Breite aufweist • . und Querteile diese gestreckten Teile jeder Schicht mit einer weiteren Schicht im entsprechenden räumlichen Abstand verbinden, und die gestreckten Teile mit den Querteilen zusammen begrenzte, aufwärts gerichtete Dampfdurchlässe mit. relativ großen Flächen zwischen benachbarten Gitterteilen bilden, um Dampfturbulenzen zur Durchmischung des aufsteigenden Dampfes und der absinkenden Flüssigkeit ohne wesentlichen Druckabfall, und ohne größere seitliche Versetzung des Dampfstromes zu erhalten, daß die Gitterteile (24) erste Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen von vergrössertem Ausmaß aufweisen, die der absinkenden Flüssigkeit ausgesetzt sind, um die Ausbildung von Flüssigkeitsfilmen für die Kontaktherstellung durch den aufsteigenden Dampf zu ermöglichen, daß erste Flüssigkeitstrennflächen von vergrößertem Ausmaß vorgesehen sind, die von dem aufsteigenden Dampf zur Abscheidung der mitgerissenen Flüssigkeit beaufschlagbar sind, daß der zweite Abschnitt (4o) der zusammengesetzten Kohtaktzone (2o). eine Lage (44) aus Schüttgut (27) mit einer Anzahl von diskreten Elementen (46) aufweist und mit ungleichmäßigen Durchlässen und ungleichförmigen Kontaktflächen für Dampf und Flüssigkeit versehen sind, und daß Einrichtungen (25, 45) zum Dispergieren von

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Dampf und Flüssigkeit quer durch die Fläche des Behälters (Ic·)' unmittelbar ober- und unterhalb des zweiten Abschnittes (4o) der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) angeordnet sind.

14. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterteile eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um selbsttragend zu sein, und daß zumindestens eine Schicht (43) der Gitterteile unterhalb des zweiten Abschnittes (4o) der zusammengesetzten Kontaktschicht (2o) liegt und diesen abstützt.

15. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergiereinrichtungen zumindestens eine Schicht der Gitterteile umfassen.

16. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (25, 45) zum Versprühen der Flüssigkeit nach unten auf die zusammengesetzte Kontaktzone (2o) und zum Verteilen der Flüssigkeit über die gesamte Querfläche der Zone vorgesehen sind.

17. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterteile der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) nach oben und nach unten sich erstreckende Planoberflächen aufweisen, welche die Haupt-Dampf-Flüssigkeitsflächen und die Haupt-Flüssigkeitstrennflächen bilden.

18. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens eine zweite Dampf-Flüssigkeitskontaktzone (4o) sich quer durch den Behälter (lo) oberhalb und räumlich getrennt von

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der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) erstreckt, und daß die zweite Kontaktzone (4o) der absinkenden Flüssigkeit ausgesetzte Haupt-Dampf-Flüssigkeitskontaktflächen zur Ausbildung von Flüssigkeitsfilmen zur Herbeiführung eines Kontakts mit dem aufsteigenden Dampf und Haupt-Flüssigkeitstrennflächen, beaufschlagt von dem aufsteigenden Dampf, zum Abscheiden der mitgeführten Flüssigkeit aufweist.

19. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens die zweite Dampf-Flüssigkeitskontaktzone (4o) in überlagerter räumlicher Anordnung zu der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) vorgesehen ist und im wesentlichen identisch zu dem zweiten Abschnitt der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) ausgebildet ist und eine ähnliche Schicht mit diskreten Elemen-. ten wie der zweite Abschnitt, aber mit größerer Tiefe, umfaßt.

20. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, .

dadurch gekennzeichnet ,daß Halteklemmeinrichtungen (47) den zweiten Abschnitt (4o) der zusammengesetzten Dampf-Flüssigkeitskontaktzone überlagern, wobei dieser Abschnitt sich aufstützt und von dem ersten Abschnitt der Zone getragen wird, daß die Halteklemmeinrichtungen (47) die diskreten Elemente des zweiten Abschnitts der zusammengesetzten Kontaktzone (2o) umschließen und zumindestens eine Lage der Gitterteile umfassen, daß der erste Abschnitt der Zone als Disper-giereinrichtung arbeitet, und daß die Gitterteile aufgrund ihrer ausreichenden Festigkeit selbsttragend sind.

21. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 2o, ⁷ dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergiereinrichtung aus zumindestens einer Lage der Gitterteile besteht, wobei der erste Abschnitt der zusammengesetzten Dampf-Flüssigkeitszone als Dispergiereinrichtung vorgesehen ist.

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22. Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach Anspruch 21,. dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterteile aufgrund ihrer ausreichenden Festigkeit selbsttragend sind und zumindestens eine Lage der Gitterteile dem zweiten Abschnitt der zusammengesetzten Dampf-Flüssigkeitskontaktzone unterlegt ist, diesen abstützt und als Dispergiereinrichtung vorgesehen ist.

23. Dampf-Flüssigkeitskontaktabschnitt für einen Behälter einer Dampf-Flüssigkeitskontaktvorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes dünnes Gitterbett sich vertikal und' quer erstreckendes Dampf-Flüssigkeitskontaktgewebe aufweist und innerhalb des Behälters (lo) auf Befestigungseinrichtungen angeordnet ist, daß ein Bett von willkürlich orientierten Schüttgut-Elementen auf dem ersten dünnen Gitterbett angebracht und von diesem ab-. gestützt ist, und daß ein zweites dünnes Gitterbett vorgesehen ist, das zumindestens vertikale Dampf-Flüssigkeitskontaktgewebe aufweist, die sich auf dem Schüttgutbett abstützen.

24. Verfahren zur Beeinflussung des Dampf-Flüssigkeitskontaktes zwischen einem aufsteigenden Dampf und einer absinkenden Flüssigkeit in einem Zustand, bei dem die Prozeßbedingungen und die Beschaffenheit des Dampfes und der Flüssigkeit derart sind, daß die Dampfmenge abnimmt, wenn der Dampf hochsteigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf nach oben durch eine zusammengesetzte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone mit zwei benachbarten Bereichen hindurchgeleitet wird, wobei der untere Bereich einen großen Wirkungsgrad bei höhen Dampfraten und der obere Bereich einen guten Wirkungsgrad bei niedrigen Dampfraten besitzen, daß zwischen den beiden Bereichen eine Grenzfläche angeordnet ist, auf die ein aufsteigender Dampf mit einer. Damp fr ate auftrifft, bei der die Wirkungsgrade der beiden Bereiche im wesentlichen gleich sind, und daß durch die zusammengesetzte Zone nach unten Flüssigkeit hindurchströmt, um den Kontakt mit dem durch die Zone aufsteigenden Dampf herzustellen.

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25. Verfahren zur Beeinflussung des Dampf-Flüssigkeitskontaktes
zwischen einem aufsteigenden Dampf und einer absinkenden Flüssigkeit in einem Zustand, bei dem die Prozeßbedingungen und die Beschaffenheit des Dampfes und der Flüssigkeit derart sind, daß die Dämpfmenge zunimmt, wenn der Dampf hochsteigt,
dadurch gekennzeichnet, daß-

der Dampf nach oben durch eine zusammengesetzte Dampf-Flüssigkeitskontaktzone mit zwei benachbarten Bereichen hindurchgeleitet wird, wobei der untere Bereich einen großen Wirkungsgrad
bei niederen Dampfraten und der obere Bereich einen guten Wirkungsgrad bei hohen Dampfraten besitzen, daß zwischen den beiden Bereichen eine Grenzfläche angeordnet ist, auf die ein aufsteigender Dampf mit einer Dampfrate auftrifft, bei der die Wirkungsgrade der beiden Bereiche im wesentlichen gleich sind, und daß durch die zusammengesetzte Zone nach unten Flüssigkeit hindurchströmt, um den Kontakt mit dem durch die Zone aufsteigenden Dampf herzustellen.

26. Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines Dampf-Flüssigkeitskontaktbettes mit Schüttgut,

dadurch gekennzeichnet, daß
der hochsteigende Dampf unmittelbar bevor er in den Boden des · Schüttgutbettes eingeführt wird durch eine Lage von Kontaktgittern hindurchgeführt wird, um die Füllkonstante auf einen Pegel unterhalb des überlaufwertes des Schüttgutbettes abzusenken,
und daß die absinkende Flüssigkeit durch eine Lage von Kontaktgittern hindurchgeleitet wird, unmittelbar bevor sie in die
Spitze des Schüttgutbettes eingeführt wird, um quer durch diese eine gleichmäßige Verteilung zu erhalten. >

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