DE2620848A1

DE2620848A1 - Kolonnenapparate zur durchfuehrung von waerme- und massenaustauschprozessen zwischen gas und fluessigkeit

Info

Publication number: DE2620848A1
Application number: DE19762620848
Authority: DE
Inventors: Iwan Petrowitsch Slobodjanik
Original assignee: KD POLT INST
Current assignee: KD POLT INST
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2350124A1; DE2620848B2; DE2620848C3; GB1490779A; FR2350124B1; US4065528A

Description

PATENTANWÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS

MÜNCHEN 9O, MARIAHILFPLATZ 2 & 3 POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 93 OI βθ 9ß9flQ/ Q

Krasnodarski3 Politechnitscheskdj

^{KARL LUDWia} SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FONER DIPL. INQ. PETER STREHL DIPL. CHEM. OR. URSULA SCHOBEL-HOP^ DIPL. INQ. DIETER EBBINQHAUS

TELEFON (08S) 48 SO 64 TELEX B-93 See AURO O

teleqramme auromarcpat mOnchen

DA-16974 11. Mai 1976

KOLOiGiElTAPPAEATE ZUR DUEGHJPÜHRülTG VON WÄEME- UiID MASSEtIAUSTAUSCHEROZESSEN ZttISCHM GAS UiID FLÜSSIGKEIT

Die Erfindung bezieht sich, auf Kolonnenapparate zur Durchführung von Wärme- und Llassenaustauschprozessen zwischen. Gas und Flüssigkeit, die als Restifikations-, Absorptions«, Yiasch- und Kontaktvertikalkolonnen genutzt werden, in denen sich die Flüssigkeit von oben nach unten bewegt und mit Gas, das in der Kolonne nach oben steigt, in Kontakt tritt.

Der vorgeschlagene Kolonnenapparat kann besonders zweckmassig zur Trennung thermisch unbeständiger, polymerisationsfähiger und feste Polymerisationsprodukte enthaltender Gemische genutzt werden, oder solcher Gemische, die zu unerwünschten chemischen Keaktionen neigen, die in ihnen vor sich gehen können, d.h. in den Fällen, wenn eine geringe Verweilseit der Flüssigkeit im Apparat und die Verhinderung der Stauungszonen und der Verstopfung der in diesen Kolonnen verwendeten hydraulischen Verschlüsse mit Festteilchen und Polymerisationsprodukten

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verlangt werden. Der vorgeschlag®»© Xolonne&apparat kann auch sur Durchführung von Viärme- und kassenauafeauschpiosessen wobei* grosser Flüssigkeitsbelastungen, (Ebctraktionsrektifikatioa) erfolgreich verwendet werden. \

Bekannt ist ein Kolonnenapparat zur Durchführung von Yiärme- und Massenaustauschpyozessen zrdsohen Gas und Flüssigkeit (siehe Patent der USA Hr* 3045989), der die im Gehäuse übereinander aufgebaute iüontaktböden enthält₉ die horizontale Flatten mit Schlitzen für Gasdur.chfluss darstellen, wobei die Sichtung des Gasaustrjjjbs aus den Schlitzen und die Flüssigkeitsbewegung auf den Nachbarböden abgewechselt wird und entweder zentrifugal (vom Zentrum zur Peripherie) oder zentripetal (von Peripherie zum Zentrum) ist, das wird durch Leitschirme über den Schlitzen gesichert, die die Erhaltung erforderlicher Richtung der Strahlen von Gas ermöglichen, das nach oben steigt, aus den Schlitzen auf dem Kontaktboden austritt und die Flüssigkeit mitreisst, » die im Apparat von oben nach unten fliesst und abwechselnd zum Zentrum des Kontaktbodens und zu seiner Peripherie kommt«

Die Kontaktböden sind mit Peripherie-Bingtaschen umringt, die zum Flüssigkeitsabfluss auf Kontaktböden mit zentrifugaler Flüssigkeitsbewegung und zur Aufnahme von Flüssigkeit, die vom obenliegenden iiontaktboden kommt, auf iLontaktböden mit zentripetaler Flüssigkeitsbewegung dienen. Zum Flüssigkeitsabfluss von einem obenliegenderi Kontaktboden mit zentripetaler Flüssigkeitsbewegung auf einen untenliegenden Kontaktboden mit zentrifugaler Flüssigkeitsbewegung dient ein zentral gelegenes Abflussrohr, dessen oberes Ende mit zentralem Abflussbehälter auf dem obenliegenden iiontaktboden verbunden ist, und das untere

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Ende in den zentralen Aufnahmebehälter auf untenliegendem Kontakt* boden eingeführt ist., der mit Flüssigkeit gefüllt ist und hydraulischen Verschluss sichert» Zum Flüssigkeitsabfluss von obenliegendem li.or±feaL:i'"^; ^es mxt zentrifulager Flüssigkeitsbewegung auf untenliegenden üontaktboden mit zentripetaler Fiussigkeitsbewegung dient ein i'eripherie-id.ngabflussrohr, dessen oberes Ende mit der Peripherie-Ringtasche des obenliegenden Kontaktbodens verbunden ist» das untere Ende aber in die Peripherie-Kingtasche auf untenliegendem Kontaktboden eingeführt ist, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und hydraulischen Tauchverschluß sichert.

Der bekannte Kolonnenapparat gibt die Möglichkeit, hohe Flüssigkeits- und Gasbelastungen zu nutzen, dabei wird ein hoher Phasenkontakt und eine hohe Effektivität von VJärme- und Massenaustausch zwischen den Phasen gesichert.

Aber bekannte Kolonnenapparate sichern keine gleichmassige Flüssigkeitsverteilung im Kontaktbodenschnitt, das führt verständlicherweise zur ungleichiaässigen Gasverteilung und zu rapider Effektiv! täts verringerung der Kontaktstufen.

Ausserdem bilden sich in den hydraulischen Verschlüssen der Eontaktböden genannter Kolonnenapparate Stauungszonen, was ebenfalls zur Verringerung der Effektivität des Massenaustauschest aber auch zur Polymerisation der Trennungsprodukte und zur Verstop fung einzelner Elemente des hydraulischen Verschlusses mit Fest-. ..ι teilchen führt. Genannte Mangel bekannter Kolonnenapparate nehmen insbesondere mit Vergrösserung des Durchmessers der Kolonnenapparate zu. Infolge dieser Mängel haben genannte Kolonnenapparate in der Industrie keine breite Anwendung gefunden·

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen

Kolonnenapparat zur Durchführung von Wärme- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit zu schaffen, in dem eine j gleichmässigere Verteilung der Flüssigkeitsschicht auf dem Eontaktboden gesichert wäre, wodurch auch eine gleichmässige Gasverteilung im Kontakt$odenschnitt und Steigerung der Effektivität des Wärme- und Massenaustausches des Kolönnenapparats gefördert wäre, in dem auch Entstehung von Stauungszonen in den hydraulischen Verschlüssen der Abflussrohre vermieden und der freie Lauf von Festteilchen und Polymerisationsprodukten der zu trennenden Geaiische durch das Verschluss sys tem gesichert ist, was die Verstopfung der hydraulischen Verschlüsse verhindert.

Erreicht wird es dadurch, das im Kolönenapparat zur Durchführung von Wärme- und lüassenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit, der die im Gehäuse übereinander aufgebaute Kontaktböden enthält, welche horizontale Platten mit Schlitzen für Gasdurchfluss darstellen, die um Kontaktböden aufgebaute Eingtaschen zur Aufnahme von Flüssigkeit, die von Kontaktböden herunterfliesst, das Abflussrohrsystein zum Überlauf der Flüssigkeit aus Mngtaschen der obenliegenden ivontaktböden auf die untenliegenden, erfindungsgemäss, untere Enden der Abflussrohre jeden Systems über dem zentralen Jkassivteil der untenliegenden Kontaktbodenplatte mit einem gewissen Luftspalt liegen und von zwei Koaxialringen umringt sind, die über dem zentralen Teil des Kontaktbodens liegen und von diesem ebenfalls durch einen Luftspalt getrennt sind, wobei die untere Kante des Innenrings

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tiefer als untere Kante der Abflussrohre und tiefer als die untere Kante des Aussenrings liegt, uie obere Kante des Innenrings aber über der unteren Kante der Abflussrohre uod unter der oberen Kante des Aussenrings liegt, so das beim Flüssigkeitsabfluss ein hydraulischer Verschluss gebildet wird.

Im vorgeschlagenen Kolonnenapparat gibt der Durchlauf tauchverschluss, der durch zwei koaxial gelegene Ein^e gebildet ist, die die Abflussrohre umfassen und wie die Abflussrohre mit einem gewissen Luftspalt über dem Kassivteil der Kontaktbodenplatte liegen, die Möglichkeit, beim Flüssigkeitsdurehlauf durch die Abflussrohre kinetische Flüssigkeitsenergie für ihre Bewegung durch den genannten Luftspalt in Radialrichtung zum Kontakfcboden auszunutzen und auf diese Weise den Höhegradienten der Flüssigkeitsschicht in Kadialrichtung zu verringern, was die gleichmässige Flüssigkeitsverteilung im Kontaktbodenschnitt fördert, was wiederum auch die Sicherung der gleichmässigen Gasverteilung im Kontaktbodenschnitt und die Steigerung der Effektivität der Kontaktstufe ermöglicht.

Dieser Vorteil des Durchlauftauchverschlusses wird in breiten Grenzen der Veränderung von Flüssigkeitsbelastungen gesichert. So fließt bei geringen "Belastungen die Flüssigkeit gleichmassig durch den Spalt zwischen dem Innenring und dem &assivteil der Kontaktbodenplatte, bei grossen Belastungen aber fließt die Flüssigkeit .' . · durch den Spalt zwischen dem Innenring und der Kontaktbodenplatte über die obere Kante des Innen*; rings durch den Spalt zwischen den Aussenring und der Kontaktbo4 denplatte sowie auch über die obere Kante des Aussenrings.

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Bei mittleren Flüssigkeitsoelastungen fliegst die Flüssigkeit durch
jden Spalt zwischen dem Innenring und der Konta^tbodenplctte, über die obere Kante des Innenriegs und weiter durch den Spalt zwischen dem Aussenring und der j£ontaktbodenplatte·

Auf solche Weise wird gleiciimässige Verteilung der Flüssigkeit, die aus dem hydraulischen Bttrchfiussverschluss ausflieset, im gesamten Kontaktbodsnsclinitt bei unterschiedlichen Flüssigkeitsbelastungen gesichert«

Die Aufstellung des vorgesehlagenen hydraulischen Verschlusses im Zentrum des Kontaktboaens sichert zentrifugale Richtung der Flüssigkeitsbewegung auf dem Kontaktboden und es wäre zweckmässig, wenn im erfindungsgemässen Apparat alle Kontaktböden zentrifugale Richtung der Flüssigkeitsbewegung auf dem Kontaktboden hätten, was die Durchflutbarkeit des gesamten Verschlusssystems des Apparats sichern würde.

Ausserdem verhütet- die Durchflutbarkeit des Verschlusses seine Verstopfung mit Festteilchen oder mit Polymerisationsprodukten und schließt die Entstehung von Stauungszonen aus.

Genannte Vorteile fördern eine zuverlässige Arbeitsweise der Kontaktstufen des Kolonnenapparats und Steigerung der Effektivität des Massenaustausches in breiten Grenzen der Veränderung der Flüssigiceits- und Gasbelastungen unter den Bedingungen der Trennung thermisch unbeständiger oder polymerisationsfähiger Gemische.

nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und beigelegter Zeichnungen näher erläutert, in denen es zeigen

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Fig. 1 einen Teil des Kolonnenapparats mit Kontaktböden, erfindungsgemäss, im Längsschnitt;

Pig, 2 einen Schnitt nach der II-II-Linie der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach den III-III-Linie der Fig.l, in vergrössertem Masstab;

Fig. 4 einen Schnitt nach der IV-IV-Idnie der Fig. 3.

Ein Kolonnenapparat zur Durchführung von Wanne- und Massenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit enthält im Gehäuse 1 (Fig.l) übereinander aufgestellte Kontaktböden 2, die eine runde horizontale Platte mit Schlitzen 3 zum Gasdurchfluss darstellen. Die Konten der Schlitzen 3 haben bogenförmige Führungsschirme 4.(Fig. 1,2), die so angeordnet sind, dass die Gasstrahlen, die durch Schlitze 3 durchlaufen, tangential zur Kontaktbodenplatte 2 unter einem bestimmten Winkel zu ihrer .Fläche und in einer Richtung gerichtet sind, um die Drehung des Flüssigkeitsstroms zu sichern. Aus Bequemlichkeitssründen bei Herstellung durch Stanzenverfahren ist es zweckmässig, Schlitze 3 (Fig.l) mit bogenförmigen Schirmen 4 auf der Plattenscheibe in konzentrischen Kreisen anzuordnen, jedoch können sie durch ein beliebiges Verfahren hergestellt und gleichmässig im Schnitt der Kontaktbodenplatte verteilt werden.

Ein Kontaktboden kann ohne Führungsschirme sein, und er kann* z.B. siebförmig, ausgeführt v/erden (ist nicht abgebildet).

Der Kontaktboden 2 wird an Halteringen 5 und 6 (Fig.l) befestigt.

Der zentrale Teil 7 der Kontaktbodenebene 2 ist massiv,-ohne Schlitze 3 - ausgeführt.

An der Seite des Kontaktbodens 2, der zur Flüssigkeitsaufnahme bestimmt ist, sind Prallwände 8 (Fig. 1,2) befestigt,

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die in Form der vom Zentrum des Kontaktbodens 2 ausgehenden Archimedischen Spiralen gebogen und in der Eichtung verdreht sind die der Eichtung von Gasstarahlen - diese Eichtung wird durch bogenförmige Schirme 4 der Schlitze 3 (Fig· 1) gesichert - und folglich der Eichtung der Drehstömung auf dem. Kontaktboden 2 entspricht. Diese Prallwände sichern eine gleichmässigero Verteilung des Flüssigkeitsstroms über die üoataktbodenplatte 2.

Um die ÄontaKtböden 2 im Gehäuse 1 sind an der Wandung des Gehäuses 1 befestigte Eingtaschen 9 zur Flüssigkeitsaufnahme angebaut. An die Wandung des Gehäuses 1 sind auch Stützbalken (sind nicht abgebildet) zur Befestigung der Kontaktböden 2 un der Halteringe 5 und 6 angebaut. An äie Eingtaschen 9, die um die Kontaktböden 2 liegen, sind die mit Eingtaschen 9 kommunizierenden Abflussrohre 10 starr befestigt, die zum Überlauf der Flüssigkeit aus den Eingtaschen 9 obenliegender Kontaktböden 2 in das. Zentrum untenliegender Kontaktböden 2 vorgesehen sind.

Die unteren Enden der Abflussrohre 10 jeden Eohrsystems, das zum Überlauf von einem Kontaktboden 2 zum anderen dienen, sind mit zwei koaxial liegenden Eingen 11 und 12 (Fig. 1,3) umringt und sind über dem zentralen Massivteil 7 der Kontaktbodenplatte 2 mit einem Spalt "a" (Fig. 4) angeordnet.

Die untere Kante 13 des Innenrings 11 liegt tiefer als die untere Kante 14 der Abflussrohre 10 und tiefer als untere Kante 15 cles Aussenrings 12, die obere Kante 16 des Innenrings 11 aber liegt über der unteren Kante 14 der Abflussrohre und unter der oberen Kante 17 des Aussenrings 12, so dass beim Abfluss der Flüssigkeit durch Abflussrohre 10 hydraulischer

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Durchflussverschluss entsteht, wobei durch den Spalt "a" zwischen Abflussrohren 10 und dem zentralen üassivteil 7 des Kontaktbodens 2 die gesamte Flüssigkeit durchgelassen wird, durch den Spalt "to" zwischen dem Innenring 11 und dem zentralen Teil 7 nur ein I. Teil der durch Abflussrohre 10 abfliessenden Flüssigkeit, durch den Spalt "c¹¹ zwischen Aussenring 12 und dem zentralen Teil 7 aber mehr Flüssigkeit durchgelassen wird, als durch den Spalt

Der Innenring 11 ist an der Kontaktbodenebene 2 mit Stäben 18 fixiert, der Aussenring 12 aber ist an den Innenring 11 durch Stabe 19 fest angebaut·

Die Arbeitsweise des vorgeschlagenen Kolonnenapparats zur Durchführung von Y/ärme- und Lassenaustauschprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit geht folgenderweise vor sich. Gas (oder Dampf), das in den Apparat von unten kommt, geht durch Schlitze 3 (Fig. 1) in der Kontaktbodenebene 2 und kontaktiert mit Flüssigkeit, die aus der Eingtasche 9 des oberen itontaktbodens 2 durch Abflussrohre 10 in das Zentrum des untenliegenden Konfcaktbodens 2 gelangt und das Innenvolumen des Innenrings 11 füllt. Ein Flüssigkeitsteil läuft durch den Spalt "b" (Fig.4) zwischen dem Innenring 11 und dem zentralen Massivteil 7 des Kontaktbodens 2, der restliche Flüssigkeitsteil fliesst über die obere Kante 16 des Innenrings 11 in den Zwischenringraum der Ringe 11 und 12 und durch den Spalt "c" zwischen dem Aussenring 12 und dem zentralen Teil 7 kommt auf die Platte des Kontaktbodens 2 und bewegt sich darauf vom Zentrum des Kontaktbodens 2 zu seiner Peripherie (Richtung der Flüssigkeitsbewegung ist in den Zeichnungen mit Pfeilen angedeutet).

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Bei grossen Flüssigkeitsbelastungen wird ein Flüssigkeitsteil aus dem Zwischenringraum der Hinge 11 und 12 über die obere Kante 17 des Aussenrings 12 auf die Kontaktbodenebene 2 überlaufen.

Auf diese V/eise wird während der Arbeit, beim Abfluss der Flüssigkeit durch Abflussrohre 10 der Innenring 11 mit Flüssigkeit gefüllt, und die Abflussrohre 10 werden in diese eingetaucht, d.h. ein hydraulischer Verschluss wird gesichert} dabei bleiben darin dank der Durchflußbarkeit dieses Verschlusses keine Festteilchen oder Polymerisationsprodukte. Aber bei Einstellung der Flüssigkeitszufuhr auf den Kontaktboden 2 fliesst die Flüssigkeit von der Kontaktbodenebene 2 völlig ab. Y/ährend der Arbeit des vorgeschlagenen Kolonnenapparats wird ausserdem ein Teil der kinetischen Energie der aus Abflussrohren 10 abfließenden Flüssigkeit zur Gesehwindigkeitserhöhung der Flüssigiceitsbewegung auf der Kontaktbodenebene 2 in Hadialrichtung genutzt, wodurch die Verringerung des Höhegradienten der Flüssigkeitsschicht auf dem Kontaktboden 2 und eine gleichmässigere Flüssigkeits- und Gasverteilung über den Schnitt des Kontaktbodens 2 gefördert wird, was bekanntlich zur Steigerung der iviassenaustauscheffektivi tat der Kontakt stufen führt.

Das Ausbleiben von Stauungszonen im Durchf lussystem des hydraulischen Verschlusses fordert bekanntlich auch die Steigerung der iüassenaustauscheffektivität sowie die Reduzierung der Verweilzeit der Flüssigkeit im Apparat, was unter den Bedingungen der Trennung thermisch unbeständiger und polymerisationsfähiger Gemische wichtig ist.

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Die Beseitigung der Stauungszonen im Apparat und die Keduzierung der Verweilzeit der Flüssigkeit führen gleichzeitig zur Stabilisierung der Arbeitsweise des Apparats im Ganzen,
zur Eeduzierung der Zeit der Übergangsregime, was sich auf die Arbeitsweise des Apparats ebenfalls positiv auswirkt.

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Leerseite

Claims

A-

PAiDMTAHSPRTJCH:

Kolonnenapparat zur Durchführung von Wärme* '■!fed-' KsbSenaustausehprozessen zwischen Gas und Flüssigkeit mit im Gehäuse übereinander aufgebauten ·Kontaktböden, welche jeweils eine horizontale Platte mit Schlitzen für Gasdurchfluss darstellen, mit um Kontaktböden aufgebautenRlngtaschen zur Aufnahme von

einem

Flüssigkeit, die von Kontaktböden herunterfliesst,und mit/ Abfluß rohrsystem zum Überlauf der Flüssigkeit aus Ringfcaschen der obenliegenden Kontaktböden auf die untenliegenden, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden der Ablußrohre (10) jeden Systems über dem zentralen I/iassivteil (7) der untenliegenden Platte des Konfcaktbodens ( 2 ) mit einem gewissen Spal· ("a") liegen und von zwei Koaxialringen (11 und 12 ) umringt sind die ebenfalls mit Spalten ("b") und ("c") über dem zentralen Teil des Kontaktbodens liegen, wobei die untere Kante (13) des Innenrings (11) tiefer als die untere Kante (14) der⁷Abflussrohre (10) und tiefer als die untere Kante (15) des Aussenrings (12) liegt, die obere Kante (16) des Innenrings (11) aber über der unteren Kante (14) der Abflussrohre (10) und unter der oberen Kante (17) des Aussenrings (12) liegt, so das beim. Flüssigkeitsabfluss ein hydraulischer Verschluss gebildet wird.

ORIGINAL INSPECTED

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