DE2510275A1 - High throughput gas-liq. contacting column - with dense array of vertical tubes between equally spaced trays - Google Patents

Abstract

A high speed contacting device, e.g. for rectification or sepn. columns, comprises a number of vertical, long, tubular contact elements with vertically alternating pptn. jackets packed as a dense array of cylinders, alternatively, tubes and pptn. jackets may alternate between the column trays, the column trays are relatively close together and at constant vertical spacing. The pref. dia. ratio of tube, jacket is 2:3. Where the jackets extend down to the column tray, it has a side outlet leading to a common liq. channel. In the normal commercially economic range, an increase of 10-60 % is achieved on the free surface ratio, raising it from 32 up to as much as 48%. The throughput is thus increased by up to 50%.

Description

Mehrstufige Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung für Stofftrennverfahren, wie z B. für die Rektifikation und Absorption.High Speed Multistage Contact Device The Invention relates to a multi-stage high-speed contact device for material separation processes, such as for rectification and absorption.

Es sind bereits Hochgeschwindigkeits-Xontakteinrichtungen bekannt, die aus einzelnen parallel und vertikal angeordneten rohrförmigen Kontaktelementen bestehen. Die Rohre sind in der Regel in horizontal angeordneten Böden innerhalb eines Kolonnenmantels eingelassen. Die flüssige Phase tritt über die obere Rohrperipherie durch Zentrifugalwirkung in einen freien Raum aus. Dieser Raum dient zur erneuten Sammlung der Flüssigkeit auf dem Boden, auf dem sie sich infolge Schwerkrafteinfluß absetzt. Ebenso erfolgt der Rücklauf auf den nächst tiefer gelegenen Boden allein durch Schwerkraft.There are already known high-speed contact devices those made up of individual tubular contact elements arranged in parallel and vertically exist. The pipes are usually arranged in horizontally arranged floors within of a column jacket. The liquid phase passes over the upper pipe periphery by centrifugal action into a free space. This room is used for renewed Collection of the liquid on the floor, on which it is due to the influence of gravity settles. Likewise, the return to the next lower lying floor takes place alone by gravity.

Des weiteren wurden bereits Varianten vorgeschlagen, die am oberen Kontaktrohrende spezielle Abscheider mit rohrförmigen Mänteln besitzen. Sie lassen über periphere Öffnungen die Flüssigkeit in Rückförderschächte austreten.Furthermore, variants have already been proposed that are at the top Contact tube ends have special separators with tubular jackets. You let The liquid escapes into return shafts via peripheral openings.

Die fehlenden Abscheidermäntel bei den einfacheren Varianten haben ein Aufeinanderprallen der bereits abgeschiedenen Flüssigkeitsströme von einander benachbarten Kontaktelementen zur Folge. Im Ergebnis der erneuten Flüssigkeitszerteilung sinkt der Wirkungsgrad der Austauschprozesse durch Rückvermischung. Dieser Einfluß kann nur durch großräumige Beruhigungs- und Absetzzonen eingeschränkt werden, die den Raumausfüllungsgrad einer Kolonne durch die Einbauten unvertretbar klein halten.Have the missing separator jackets in the simpler variants a collision of the already separated liquid streams from one another result in neighboring contact elements. As a result of the renewed division of the liquid the efficiency of the exchange processes decreases due to back-mixing. This influence can only be restricted by large calming and settling zones, the keep the degree of space occupancy of a column unacceptably small by the internals.

Außerdem besteht die Gefahr einer ungleichmäßigen Beaufschlagung der Kontaktelemente mit Gas und Flüssigkeit.There is also the risk of uneven loading of the Contact elements with gas and liquid.

Als Folge der gegenseitigen Beeinflussung der Kontaktelemente kann eine Maßstabsvergrößerung (von einem Kontaktelement auf eine Kontakteinheit) nur begrenzt vorgenommen werden. Bei Verwendung von Abscheidermänteln zur Erhöhung des Abscheidegrades sinkt der Raumausfüllungsgrad in der Regel weiter ab. Selbst bei besonders günstigen Anordnungen der Abscheider bleibt durch Zwickelräume und durch Kanäle für die Strömungsführung das Freiflächenverhältnis unter 25.As a result of the mutual influence of the contact elements an increase in scale (from one contact element to one contact unit) only can be made to a limited extent. When using separator jackets to increase the As a rule, the degree of separation decreases further. Even at particularly favorable arrangements of the separator remains through interstices and through Channels for the flow guidance the free area ratio below 25.

Der Zweck der Erfindung besteht in einer vorteilhaften Vereinigung des Prinzips der Flüssigkeitszwangsführung zur gleichmäßigen Beaufschlagung der Kontaktelemente mit einem hohen Raumausfüllungsgrad einer Kontakteinrichtung.The purpose of the invention consists in an advantageous combination the principle of forced liquid guidance for the uniform application of the Contact elements with a high degree of space filling of a contact device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Kontakteinrichtung die Kontakt- und Abscheideelemente in möglichst dichter Packung zur Vergrößerung des Freiflächenverhältnisses und des Raumausfüllungsgrades anzuordnen.The invention is based on the object in a contact device the contact and separation elements in as close a pack as possible for enlargement the open space ratio and the degree of space filling.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf einem Kontaktboden bei unterschiedlichem Abstand zwischen Kontaktboden und Kontaktzwischenboden mehrere im Wechsel verschieden lange Kontaktrohre angeordnet sind, die mit alternierend in der Höhe versetzten Abscheidermänteln versehen sind. Diese Baueinheiten sind so parallel und übereinander gestaffelt angeordnet, daß eine möglichst dichte Zylinderpackung entsteht. Auf einfache Weise ist bei jeweils zwei Kontaktelementen auf einem um eine Abscheidermantelhöhe verlängerten Kontaktrohr ein Abscheider über dem anderen stufenförmig-alternierend gruppiert. Dabei berührt die Peripherie des Abscheiders auf dem kürzeren Kontaktrohr die Peripherie des läNgeren Kontaktrohres. Die Flächen zwischen den aktiven Rohrquerschnitten vermindern sich. Das Freiflächenverhältnis wächst ebenso wie der Raumausfüllungsgrad.According to the invention this is achieved in that on a contact base if the distance between the contact bottom and the contact bottom is different, several Contact tubes of different lengths are alternately arranged with alternating Separator jackets that are offset in height are provided. These building blocks are so arranged parallel and one above the other that the cylinder packing is as dense as possible arises. In a simple way, when there are two contact elements, one is around a separator jacket height extended contact tube one separator above the other grouped alternately in steps. This touches the periphery of the separator on the shorter contact tube the periphery of the longer contact tube. The surfaces between the active Pipe cross-sections decrease. The open space ratio grows as does the degree of space occupancy.

Bei der Wahl konstanter Abstände zwischen Kontaktboden und Kontaktzwischenboden wird der Einbau unterschiedlicher Kontaktrohrlängen vermieden, indem Kontaktrohre und Abscheidermäntel alternierend in Reihe und parallel versetzt bei höherem Raumausfüllungsgrad angeordnet sind. Dabei sind die einander benachbarten Austauschstufen jeweils um eine halbe Kontaktstufenhöhe vertikal gestaffelt. Die Strömungsführung der Flüssigkeit erfolgt für die höhenversetzten Kontaktstufen jeweils getrennt und insgesamt in schleifenförmig verschachtelter Weise.When choosing constant distances between the contact bottom and the contact bottom the installation of different contact tube lengths is avoided by adding contact tubes and separator jackets alternately in series and offset in parallel with a higher degree of space filling are arranged. The adjacent exchange levels are each at half a contact step height staggered vertically. The flow of the liquid takes place separately and in total for the height-offset contact steps nested in loops.

Zu diesem Zweck werden Zu- und Rückförderschächte für beide Kontaktstufen voneinander getrennt ausgeführt.For this purpose, feed and return shafts are provided for both contact levels executed separately from each other.

Raum für den Abtransport der flüssigen Phase aus den Abscheidern in der dichten Zylinderpackung wird dadurch gewonnen, daß die Abscheidermäntel über dem Boden einseitig geöffnet sind und einen gemeinsamen Sammelkanal bilden. Spezielle Leitflächen sorgen für einen gerichteten Strömungsverlauf der flüssigen Phase. Die in Reihe versetzt hintereinander angeordneten Rohre verschiedenen Durchmessers stoßen an ihren senkrechten Berührungslinien dicht aneinander. Die Dichtigkeit gegenüber den angrenzenden Strömungskanälen wird durch einfaches Aneinandersetzen und Verspannen der Zylinderpackung erreicht. Die Kontakteinheiten werden zu mindestens jeweils zwei Elementen (Kontaktrohre und Abscheidermäntel) mit zwei zugehörigen Bodenplatten als kleinste Baueinheit vorgefertigt. Dabei werden die Kontaktrohre in dafür aufgebördelte Öffnungen eingesetzt und durch formschlüssige Verbindungen mit den Platten vereinigt. Die Abscheidermäntel werden in dichter Packung mit den angrenzenden Kontaktrohren mit Dichtangsringen durch Klemmverbindung räumlich zwischen den Platten fixiert. Die Baueinheiten besitzen an den Rändern der Bodenplatten an- oder eingearbeitete Profile, die ein lückenloses Aneinanderfügen, Verbinden und Schachteln innerhalb eines Kolonnenmantels gestatten. Bei allen Anordnungsvarianten der Kontaktelemente verhalten sich die Durchmesser des Kontaktrohres zum Abscheidermantel wie 2:3.Space for the removal of the liquid phase from the separators in the tight cylinder packing is obtained by placing the separator jackets over the bottom are open on one side and form a common collecting channel. Specific Guide surfaces ensure a directed flow of the liquid phase. the butt pipes of different diameters arranged one behind the other in a row close to each other at their vertical lines of contact. The tightness opposite the adjacent flow channels is created by simply juxtaposing and bracing the cylinder packing reached. The contact units become at least each two elements (contact tubes and separator jackets) with two associated base plates prefabricated as the smallest unit. The contact tubes are flanged for this purpose Openings inserted and united with the plates by form-fitting connections. The separator jackets are tightly packed with the adjacent contact tubes spatially fixed between the plates by means of a clamp connection with sealing rings. The structural units have on or incorporated at the edges of the floor panels Profiles that are seamlessly joined together, Connect and nest allow within a column jacket. With all arrangement variants of the contact elements the relationship between the diameter of the contact tube and the separator jacket is 2: 3.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei spiel näher erläutert. In den zugehörigen Darstellungen zeigen: Fig. 1: eine Schrägaufsicht auf eine Kontaktelementreihe, teilweise im Schnitt, in der die Abscheidermäntel alternierend in der Höhe dicht gepackt versetzt sind, Fig. 2: eine Kontakteinrichtung in pseudoperspektivischer Darstellung, teilweise im Schnitt, mit dichter Zylinderpackung und zugehöriger Strömungsführung, Fig. 3: zwei Reihen von Kontaktelementen mit einseitig unten mit Austrittspalten versehenen Abscheidermänteln in Schrägaufsicht und teilweise im Schnitt.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment explained. The associated representations show: FIG. 1: an oblique view on a row of contact elements, partly in section, in which the separator jackets are alternately offset in height, densely packed, Fig. 2: a contact device in pseudo-perspective view, partly in section, with close cylinder packing and associated flow guide, FIG. 3: two rows of contact elements with one side Separator jackets with outlet gaps at the bottom in an inclined view and partially on average.

Gemäß Fig. 1 befinden sich auf einem Kontaktboden 1 in Reihenanordnung einander parallele Kontaktrohre 2 und, diese umschließend, Abscheidermäntel 3. Die Abscheidermäntel 3 sind alternierend höhenversetzt und schließen mit ihren Peripherien an die Kontaktrohre 2 an. Jeweils ein Kontaktboden 1 mit dem Kontaktzwischenboden 1'und den zugehörigen Elementen Kontaktrohr 2 und Abscheidermantel 3 bilden eine Austauschstufe.According to Fig. 1 are on a contact base 1 in a row contact tubes 2 parallel to each other and, surrounding them, separator jackets 3. The Separator jackets 3 are alternately offset in height and close with their peripheries to the contact tubes 2. In each case a contact base 1 with the intermediate contact base 1 'and the associated elements contact tube 2 and separator jacket 3 form one Exchange level.

Es wird ein Flüssigkeits-Teilstrom (flächig gezeichneter Pfeil) betrachtet, der auf den Kontaktboden 1 von einer höher gelegenen Stufe bei der Stelle B eintritt. Die flüssige Phase gelangt über eine oder mehrere periphere Kontaktrohröffnungen 4 in das Kontaktrohr 2 und somit in den spiralförmig aufsteigenden Gasstrom (dünn gezeichnete schwarze Pfeile).A partial flow of liquid is considered (flat arrow), which enters the contact base 1 from a higher level at point B. The liquid phase passes through one or more peripheral Contact tube openings 4 into the contact tube 2 and thus into the spirally rising gas flow (thin drawn black arrows).

Die Rotationskomponente des Gasstromes wird durch einen Drallkörper 5 erzeugt. An der Innenwand des Kontaktrohres 2 lösen sich die Flüssigkeitsstrahlen in Tropfenschwärme auf, die zuerst angenähert den Stromlinien des Gases folgen und dann durch Zentrifugalwirkung nach erfolgter Kontaktierung aus einem Ringspalt 6 des Abscheiders über die Abscheideraustrittsöffnung 7 ausgetragen werden. Die Flüssigkeit verläßt den Kontaktzwischenboden 1'an der Stelle A' und tritt auf den nächst tiefer gelegenen Boden bei der Stelle Dein. Es erfolgt eine erneute Zerteilung, Abscheidung und Austragung der flüssigen Phase, die jetzt vom Kontaktzwischenboden 1< an der Stelle C abgeführt wird. Damit ist ein Austauschvorgang über zwei Kontaktstufen vollzogen; die Flüssigkeit strömt in der gleichen Abwärtsrichtung wie beim Eintritt an der Stelle B. Die Stellen C' und D sind analog den Stellen A' und B zu betrachten. Die Abscheidermäntel 3 bestimmen den horizontalen Platzbedarf, der in der erfindungsgemäß dargestellten Anordnung minimal ist.The rotational component of the gas flow is created by a swirl body 5 generated. The jets of liquid are released on the inner wall of the contact tube 2 in droplet swarms, which at first approximately follow the streamlines of the gas and then by centrifugal action after contact has been made from an annular gap 6 of the separator can be discharged via the separator outlet opening 7. The liquid leaves the intermediate contact floor 1 'at point A' and steps onto the next lower one located floor at the point of your. There is a renewed division, separation and discharge of the liquid phase, which is now from the contact floor 1 <on the point C is discharged. This is an exchange process over two contact levels completed; the liquid flows in the same downward direction as when it entered at the point B. The points C 'and D are to be considered analogously to the points A' and B. The separator jackets 3 determine the horizontal space requirement, which according to the invention arrangement shown is minimal.

Nach Fig. 2 werden Kontaktrohre 2 und Abscheidermäntel 3 einer Kontakteinrichtung so miteinander auf Kontaktböden 1 und Kontaktzwischenböden 1' dicht gepackt, daß zwei getrennte (flächig-durchgezogen gezeichnete und gestrichelt gezeichnete Pfeile), in miteinander verschachtelten Schleifen geführte Flüssigkeits-Teilströme bei hohem Freiflächenverhältnis und Raumausfüllungsgrad entstehen.According to FIG. 2, contact tubes 2 and separator jackets 3 are a contact device so tightly packed with each other on contact floors 1 and contact intermediate floors 1 'that two separate arrows (solid and dashed arrows), Partial flows of liquid guided in interleaved loops at high Open space ratio and degree of space occupancy arise.

In Figur 2 schließen an die peripheren Kontaktrohröffnungen 4 im Rohrinneren zentral-axiale Flüssigkeitslanzen 8 an, die für eine bessere Verteilung der Sprühströmung über den Querschnitt sorgen, Die flüssige Phase wird durch Rückförderschächte 9 geführt, die periodisch mit Ein- und Austrittsschlitzen 10 versehen sind. Die Flüssigkeitsteilströme werden durch Längswehre 11 voneinander getrennt.In Figure 2 close to the peripheral contact tube openings 4 in the tube interior central-axial liquid lances 8, which for a better distribution of the spray flow Take care of the cross section, the liquid phase is conveyed through return shafts 9 led periodically with input and Outlet slots 10 provided are. The liquid partial flows are separated from one another by longitudinal weirs 11.

Geneigte Leitbleche 12 dienen einer strömungsgünstigen Einführung der Flüssigkeit auf die Xontaktböden 1 und Kontaktzwischenböden 1: Die Abscheidermäntel 3 einer Doppelreihe von Kontaktelementen sind bezüglich ihrer Spiegelsymmetrielinie einseitig mit Schlitzen oder Austrittsspalten oder -schlitzen 13 so versehen, daß die aus den Ringspalten 6 benachbarter Kontaktrohre 2 austretenden Flüssigkeitsströme zwar einerseits voneinander abgeschirmt werden, andererseits aber einen ungehinderten Flüssigkeitsdurchtritt zulassen (Fig. 3).Inclined baffles 12 are used for a streamlined introduction of the liquid on the contact floors 1 and intermediate contact floors 1: the separator jackets 3 of a double row of contact elements are with respect to their mirror symmetry line provided on one side with slots or exit gaps or slots 13 so that the liquid flows emerging from the annular gaps 6 of adjacent contact tubes 2 on the one hand they are shielded from each other, but on the other hand they are unhindered Allow liquid to pass (Fig. 3).

Die besonderen erfindungsgemäßen Vorteile bestehen darin, daß unkontrollierte Strömungen vermieden werden, die durch wechselseitige Beeinflussung der Ströme den Wirkungsgrad des Austauschvorganges vermindern. Die Einzelelemente stellen geschlossen berechenbare Prozeßeinheiten dar und lassen eine theoretisch unbegrenzte Maßstabsvergrößerung durch Parallelanordnung zu. Sie sind fertigungstechnisch günstig in Form eines Baukastensystems herstellbar und lassen sich besonders gut verschiedenen Stofftrennprozessen variabel anpassen. Durch eine besondere Flüssigkeitsführung wird bei Stoffsystemen mit hohen Übergangswiderständen zur Erhöhung des Wirkungsgrades eine strömungsmäßig überblickbare Rezirkulation zugelassen.The particular advantages of the invention are that uncontrolled Currents are avoided, which are caused by mutual influencing of the currents Reduce the efficiency of the exchange process. The individual elements are closed calculable process units and allow a theoretically unlimited increase in scale by parallel arrangement to. They are inexpensive to manufacture in the form of a modular system can be produced and can be varied particularly well with different material separation processes adjust. Due to a special liquid flow, substance systems with high Contact resistances to increase the degree of efficiency are manageable in terms of flow Recirculation allowed.

Claims (3)

PatentansprücheClaims 1. Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung mit paralleler Anordnung mehrerer, aus Kontaktrohr und Abscheidermantel bestehender Kontaktelemente auf dem Boden, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterschiedlichem Abstand zwischen Kontaktboden (1) und Kontaktzwischenboden (1*) auf dem Kontaktboden (1) mehrere im Wechsel verschieden lange Kontaktrohre (2) angeordnet sind, die mit alternierend in der Höhe versetzten, zu einer dichten Zylinderpackung zusammengefügten, Abscheidermänteln (3) versehen sind.1. High speed contact device with parallel arrangement several contact elements consisting of a contact tube and a separator jacket on the Floor, characterized in that with a different distance between the contact floor (1) and contact floor (1 *) on the contact floor (1) several different in alternation long contact tubes (2) are arranged, which are alternately offset in height, Separator jackets (3) joined together to form a tight cylinder pack are. 2. Hochgeschwindigkeits-Kontakteinrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alternierend in Reihe und parallel versetzt Kontaktrohre (2) und Abscheidermäntel (3) zwischen Kontaktboden (1) und Kontaktzwischenboden (1') mit konstantem Abstand in dichter Zylinderpackung angeordnet sind.2. High-speed contact device according to claim 1, characterized characterized in that alternately in series and offset in parallel contact tubes (2) and separator jackets (3) between the contact base (1) and the intermediate contact base (1 ') are arranged at a constant distance in close cylinder packing. 3. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchmesser des Kontaktrohres (2) zum Abscheidermantel (3) vorzugsweise wie 2:3 verhalten.3. Contact device according to claim 1 and 2, characterized in that that the diameter of the contact tube (2) to the separator jacket (3) is preferably behave like 2: 3.