DE2759195A1 - Absorptionsboden - Google Patents

Description

KERNFORSCHUNGSZENTRUM * ^ * Karlsruhe, den 29.12.1977 KARLSRUHE GMBH PLA 7774 Hä/rd

Abs orptionsboden

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Beschreibung :

Die Erfindung betrifft einen Absorptionsboden nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Derartige Böden werden in meist vertikaler Anordnung zu Kolonnen vereinigt als Gasreinigungsstrecke verwendet. Dabei wird von einer Waschflüssigkeit ein von einem Trägergas mitgeführtes Gas absorbiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absorptionsboden zu entwickeln, der sehr kleine lineare Gasgeschwindigkei-

längs der Kolonne

ten/ermöglicht und durch Erhöhen der Verweilzeit die Dekontaminationsbedingungen verbessert. Dabei sollen die Druckverluste gering bleiben und der Abstand zwischen zwei benachbarten Böden möglichst klein sein, damit sich eine möglichst geringe Bauhöhe für eine Kolonne ergibt. Auch betriebsbedingte Schwankungen des Gasdurchsatzes dürfen den bestimmungsgemäßen Betrieb nicht beeinträchtigen. Ferner müssen große Mengen an Reaktionswärme abführbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Anordnung gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung, wie ein radialsymmetrischer Gegenstromboden, ein radialsymmetrischer Gleichstromboden _{f e}i_n asymmetrischer Gleichstromboden ^{und ei}n asymmetrischer Gegenstromstrombcden sind in den Ansprüchen 5,6,7 und 8 erläutert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Absorptionsboden durch ein einfaches im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche angeordnetes Flüssigkeitsleitblech eine parallel zur Flüssigkeitsoberfläche orientierte Gasströmung eingestellt wird und dadurch eine lange Kontaktzeit erzielbar ist. Das Gasleitblech verhindert auch bei höheren Gasdurchsätzen ein stärkeres Aufschäumen der Flüssigkeit,

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so daß der Abstand zwischen benachbarten Böden klein sein kann. Die durch das Gasleitblech bewirkte horizontale Gasströmung erzeugt begünstigt durch das unterschiedlich gerichtete Flüssigkeitsströme trennende Flüssigkeitsleitblech eine intensive Umwälzung der Waschflüssigkeit, da bereits bei kleinen Flußverhältnissen G/F ca. 10 der Speisefluß gegenüber dem Umwälzfluß in guter Näherung vernachlässigbar ist.

Ein Ausfüh'rungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 radialsymmetrischer Gegenstromboden, Fig. 2 radialsymmetrischer Gleichstromboden, Fig. 3 asymmetrischer Gleichstromboden, Fig. 4 asymmetrischer Gegenstromboden.

Der in Figur 1 in einem vereinfachten Schnittbild dargestellte radialsyrametrische Gegenstromboden besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Gehäuse 1 und einem Bodenblech 2, in dessen Zentrum ein Gasverteiler 3 angeordnet ist. Das obere Ende des Gasverteilers 3 ist durch ein Gasleitblech 4 verschlossen, das mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist.Unmittelbar unterhalb des Gasleitbleches 4 ist der Gasverteiler 3 mit Eintrittsöffnungen 5 zum Einleiten eines Gases 6 in eine Waschflüssigkeit 7 versehen. Das Gasleitblech 4 ist an seiner Peripherie mit Austrittsöffnungen für das radial durch die Waschflüssigkeit 7 strömende Gas 6 versehen. Ein Einlaufrohr 9 für die Waschflüssigkeit 7 ist von der Oberseite des Gegenstrombodens an einer ersten Stelle der Peripherie bis in dessen unteren Bereich geführt. Ein Auslaufrohr zum Abführen der Waschflüssigkeit 7 aus dem Absorptionsboden mündet an einer zweiten Stelle der Peripherie im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche und ist dort als überlauf ausgebildet. Im unteren Bereich des im wesentlichen von dem Gehäuse 1, dem Bodenblech 2 und dem Gaseintrittsrohr 3 begrenzten Flüssigkeitsraumes 12 ist eine aus Rohren bestehende Kühleinrichtung 13 angeordnet. Ein Flüssigkeitsleitblech 14 mit an der Peripherie und im Zentralbereich liegenden öffnungen 15 ist oberhalb der Kühleinrichtung angebracht.

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Die Waschflüssigkeit 7 gelangt infolge der Schwerkraft über das Einlaufrohr 9 in den unteren Bereich des Flüssigkeitsraumes 12, fließt über die Rohre der Kühleinrichtung 13 zum Zentrum des Gegenstrorabodens, tritt durch die im Zentralbereich liegenden Öffnungen 15 des Flüsoigkeitsleitbleches 14 und strömt oberhalb des Flüssigkeitsieitbleches 14 zur Peripherie zurück. Ein Teil uer Waschflüssigkeit 7 gelangt durch die öffnungen 15 wieder zurück zu der Kühleinrichtung 13, ein anderer Teil gelangt durch die Austrittsöffnungen 3 an der Peripherie des Gasleitbleches 4 zu dem Aus laufrohr 10 und über dieses zu dem Einlaufrohr 9 des nachgeschalteten Gegenstrornbodens. Das Gas 6 wird über den Gasverteiler 3 und durch dessen Eintrittsöffnungen 5 in das im wesentlichen von dem Flüssigkeitsleitblech 14 und dem Gasleitblech 4 begrenzte Absorptionsvolumen 16 eingeleitet, strömt radial zu den an der Peripherie gelegenen Austrittsöffnungen 8 und gelangt in den Gasverteiler 3 des vorgeschalteten Gegenstrombodens.

Dieser im wesentlichen horizontale Gasstrom zwischen den zentralen Eintrittsöffnungen 5 und den peripheren Austrittsöffnungen 8 induziert eine Bewegung der Waschflüssigkeit 7, die durch die Anordnung des Flüssigkeitsleitbleches 14 zur Führung der Waschflüssigkeit 7 über die Kühleinrichtung 13 genutzt wird. Dieser Umwälzfluß ist wesentlich größer als der Speisefluß der Waschflüssigkeit 7, so daß der Speisefluß in erster Näherung vernachlässigbar ist. Besonders einfache Ausführungen des Flüssigkeitsleitbleches 14 ergeben sicii dann, wenn der Rückstrom von der Peripherie zum Zentrum im unteren Teil des Flüssigkeitsraumes 12 erfolgt. Kühleinrichtungen 13 können im Hin- und/oder im Rückstrom angeordnet werden.

Das Gas 6 verteilt sich gleichmäßig unter dem Gasleitblech 4 und legt einen langen Absorptions weg zurück» so daß sicii eine große Verweilzeit ergibt. Der Gasstrom besteht dabei aus einem dünnen Blasenfilm in der Grenzschicht zwischen Waschflüssigkeit 7 und Gasieitblech 4, der die Absorption begünstigt. Die horizontale Gasführung in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Waschflüssigkeit 7 hält Druckverluste in engen Grenzen.

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Das Ausbilden einer Sprudelschicht, deren Ausdehnung mit ansteigender Gasbelastung zunehmen und zum Mitreißen der Waschflüssigkeit in den nächsthöheren Absorptionsboden führen könnte, ist hier grundsätzlich ausgeschlossen, so daß der vertikale Abstand zwischen zwei Absorptionsböden wesentlich kleiner sein kann. Die vorgeschlagene Anordnung vermeidet mit Sicherheit das Bilden von Totvolumina, Kurzschlüssen und gestattet insbesondere bei kleinen Bodenabständen (v) das Approximieren der Gasströmung an eine Tropfenströmung. Durch Strukturieren der Flüssigkeitsleitbleche 14 und insbesondere der Gasleitbleche 4 kann deren Wirksamkeit für den Stoff und Wärmeaustausch gesteigert und besonderen Randbedingungen angepaßt werden.

Das vereinfachte Schnittbild eines radialsymmetrischen Gleichstrombodens ist in Figur 2 dargestellt. Das Gas 6 und die Waschflüssigkeit 7 werden durch ein an der Oberseite des Absorptionsbodens angeschlossenes zentrales Eintrittsrohr 20 zugeführt und über mehrere Verteilerrohre 21 in eine Ringkammer 22 geleitet. Die Innenwand der Ringkammer 22 wird von einem an seinen beiden Enden offenen Austrittsrohr 23 gebildet. Die Außenwand 24 der Ringkammer 22 ist mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 25 versehen, durch die Gas 6 und Waschflüssigkeit 7 in einen radialsymmetrischen Raum 26 eintreten. Der Raum 26 wird begrenzt an seiner Unterseite durch ein an das untere Ende des Austrittsrohres 23 anschließendes Bodenblech 27, ein rohrförmiges Gehäuse 28 und ein Gasleitblech 29. Der Raum 26 ist durch ein Flüssigkeitsleitblech 30 in zwei übereinander liegende Abschnitte geteilt, die über eine Vielzahl an der Peripherie und im Zentralbereich liegender öffnungen 31 miteinander verbunden sind, so daß Gas 6 und 'waschflüssigkeit 7 in dem oberen Abschnitt des Raumes 26, also oberhalb des Flüssigkeitsleitbleches 30 radial zur Peripherie strömen und nach dem Durchtritt durch die peripheren öffnungen unterhalb des Flüssigkeitsleitbleches 30 über eine Kühleinrichtung 32 zum Zentrum zurückfließen und durch die dort befindlichen öffnungen 31 in den Bereich unterhalb des Gaslitbleches 29 gelangen kann. Durch öffnungen 33 am peripheren Rand des Gasleitbleches 29 erreichen Gas 6 und Waschflüssigkeit 7 in einem dünnen Film die Oberseite des Gasleitbleches 29 und erreichen zwischen den Verteilerrohren 21 hindurch das Austrittsrohr 23.

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Eine asymmetrische Ausbildung eines Gleichstrombodens zeigt Figur 3 als vereinfachtes Schnittbild. An einer ersten Schmalseite eines rechteckigen Absorptionsbodens ist ein Eintrittsrohr 40 für Gas 6 und Waschflüssigkeit 7 angeordnet. An einer zweiten Schmalseite in großem Abstand von den Eintrittsrohren 40 ist ein im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche angeordnetes Gasleitblech 41 mit mehreren ersten Austrittsöffnungen 42 versehen. Oberhalb des Gasleitbleches 41 ist ein den Strom des Gases 6 von den ersten Austrittsöffnungen 4 2 zur Vermeidung eines Kurzschlusses wegführendes Leitblech 43 mit im Bereich des Eintrittsrohres 40 liegenden zweiten Austrittscffiiungen 44 installiert. An einer zweiten Schmalseite des rechteckigen Absorptionsbodens ist ein Austrittsrohr 45 zum Ableiten von Gas 6 und Waschflüssigkeit 7 vorhanden, dessen als überlauf 46 ausgebildete Hündung in den Bereich des Flüssigkeitsspiegels reicht, in dem auch das Gasleitblech 41 angeordnet ist. Das Gasleitblech 41 hat in der Nähe des Austrittsrohres 45 zweite Austrittsöffnungen 47 zum Abführen der Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsraum 4 8 des Absorptionsbodens ist durch ein Flüssigkeitsleitblech 49 mit Öffnungen 50 an beiden Schmalseiten versehen. Unterhalb des Flüssigkeitsleitbleches 49 ist eine Kühleinrichtung 51 installiert. Der Raum zwischen Flüssigkeitsleitblech 49 und Gasleitblech 41 bildet das Absorptionsvolumen.

Ein asymmetrischer Gegenstromboden ist als vereinfachtes Schnittbild in Fig. 4 dargestellt. An einer ersten Seite eines rechteckigen Absorptionsbodens ist ein Eintrittsrohr 60 für die Waschflüssigkeit 7 und versetzt an der gleichen Seite ein Austrittsrohr 61 für die Waschflüssigkeit 7 angeordnet. Das Eintrittsrohr 60 ist von oben durch ein den Boden an seiner Oberseite begrenzendes Gasleitulecii 62 bis in die Nähe der den Boden an seiner Unterseite begrenzenden Wand 63 geführt. Das Austrittsrohr 61 durchdringt die Wand 6 3 von unten und reicht mit seiner als Überlauf 64 ausgebildeten Öffnung bis in die Ebene des Gasleitbleches 62. An einer zweiten Seite des Absorptionsbodens ist ein von unten durch die Wand 63 geführtes Gaseintrittsrohr 65 angeordnet, das bis zum Gas leitblech 62 reicht und dort mit Gasaustrittsöffnungen 66 versehen ist. Das Gasleitblech 62 besitzt im Bereich der ersten Seite des Absorptionsbodens öffnungen 67 durch die das unter dem Gasleitblech 62 geführte Gas 6 aus dem

Boden austreten kann. Die Waschflüssigkeit strömt zunächst im Bereich der unteren Wand 63 durch den Flüssigkeitsraum 68, in dem eine Kühleinrichtung 69 unterhalb eines Flüssigkeitsleitbleches 70 mit Öffnungen 71 angeordnet ist. Durch die Öffnung 71 im Bereich der zweiten Seite gelangt die Waschflüssigkeit in den oberhalb des Flüssigkeitsleitbleches 70 liegenden Teil des Flüssigkeitsraumes 68, wird von dem dort strömenden Gas 6 in Richtung auf die erste Seite bewegt und tritt zum Teil durch die dort'liegenden öffnungen 71 wieder in den unteren Teil des Flüssigkeitsraumes 68 und gelangt zum Teil durch die Öffnungen 67 des Gasleitbleches 62 in den überlauf 64 des Austrittsrohres 61.

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Claims (8)

KERNFORSCKÜNGSZEwTRUM Karlsruhe, den 29. Dezember 1977 KARLSRUHE GMBH PLA 7774 Hä/rd Patentansprüche :

1. Absorptionsboden als Element einer Gasreinigungsstrecke mit Ein- und Austrittsöffnungen für ein zu reinigendes Gas und/oder eine Waschflüssigkeit mit einer Einrichtung zum Kühlen der Waschflüssigkeit und einem Flüssigkeitsleitblech, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Oberflache der Waschflüssigkeit (7) und parallel zu derselben ein Gasleitblech (4, 30, 49) zum Einstellen einer im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Waschflüssigkeit (7) gerichteten Strömung angeordnet ist, daß zum Einleiten des Gases (6) in die Waschflüssigkeit (7) mindestens eine Speisestelle unter dem Gasleitblech (4, 29, 41) und zum Abführen des Gases (6) mindestens eine von der Speisestelle entfernte Austrittsstelle im Gasleitblech (4, 29, 41) angeordnet ist, daß das Verhältnis des horizontalen in der Waschflüssigkeit (7) liegenden Gasströmungspfades zwischen Speisestelle und Austrittsstelle des Gases (6) zu dem Abstand zwischen benachbarten Absorptionsböden möglichst groß ist, und daß mindestens ein Flüssigkeitsleitblech (14, 30, 49) die durch die Gasströmung induzierte Flüssigkeitsströmung über eine Kühlvorrichtung (13, 32, 51) leitet und einander entgegengerichtete Flüssigkeitsströme trennt.

2. Absorptionsboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gasleitbleches (4, 29, 41) und/oder des Flüssigkeitsleitbleches (14, 30, 49) durch durchbruchfreies Strukturieren in seiner Wirksamkeit für Stoff- und Wärmeaustausch verbessert ist.

3. Absorptionsboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Waschflüssigkeit (7) zugewandten Oberfläche des Gasleitbleches (4, 29, 41) eine perforierte Schicht angeordnet ist.

4. Absorptionsboden nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Schicht aus Streckmetall oder aus einem Drahtgewebe besteht.

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5. Absorptionsboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer radialsymmetrischen Ausbildungsform für einander entgegengesetzte Richtungen der Zu- und Abführung des Gases (6) und der Waschflüssigkeit (7) (Gegenstromboden) unterhalb des Gasleitbleches (4) und in dessen Zentrum ein Gasverteiler (3) mit seitlich angeordneten Eintrittsöffnungen (5) zum Einleiten des Gases (6) in die Waschflüssigkeit (7) angeordnet ist, daß das Gasleitblech (4) an seiner Peripherie mit Austrittsöffnungen (8) für das radial durch die Waschflüssigkeit (7) strömende Gas (6) versehen ist, daß ein Einlaufrohr (9) für die Waschflüssigkeit (7) von dem vorgeschalteten Gegenstromboden an einer ersten Stelle der Peripherie bis in dessen unteren Bereich führt, daß ein Auslaufrohr (10) zum Abführen der Waschflüssigkeit (7) an einer zweiten Stelle der Peripherie in den Bereich der Flüssigkeitsoberfläche mündet und dort als Überlauf ausgebildet ist, daß in dem Flüssigkeitsraum (12) eine Kühleinrichtung (13) angeordnet ist, und daß mindestens ein Flüssigkeitsleitblech (14) mit im Zentralbereich und an der Peripherie liegenden öffnungen (15) vorgesehen ist.

6. Absorptionsboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer radialsymmetrischen Ausbildungsform für gleiche Richtungen der Zu- und Abführung des Gases (6) und der Waschflüssigkeit (7) (Gleichstromboden) ein zentrales Eintrittsrohr (20) über mehrere Verteilerrohre (21) mit einer Ringkammer (22) verbunden ist, daß die Innenwand der Ringkammer (22) von einem offenen Austrittsrohr (23) gebildet ist, daß die Außenwand (24) der Ringkammer (22) zum Einleiten von Gas (6) und Waschflüssigkeit (7) mit einer Vielzahl von Burentrittsöffmangen (25) versehen ist, daß ein an seiner Unterseite durch ein an das untere Ende des Austrittsrohres {23) anschließendes Bodenblecfe {21) _f ein rohrförmiges Gehäuse (28) und ein Gasleitblech (29) begrenzter Raum (26) durch ein Flüssigkeitsleitblech (30) in zwei übereinander liegende Abschnitte geteilt ist, daß das Gasleitblech (29) an seiner Peripherie mit öffnungen (33) und das Flüssigkeitsleitblech (30)

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im Zentralbereich und an der Peripherie mit öffnungen (31) versehen ist, und daß im Flüssigkeitsraum (12) eine Kühleinrichtung (32) angeordnet ist.

7. Absorptionsboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer asymmetrischen Ausbildungsform für einander gleichgerichtete Strömungen des Gases (6) und der Waschflüssigkeit (7) {Gleichstromboden) an einem ersten Rand eines Gasleitbleches ein oder mehrere Austrittsrohre (40) für Gas (6) und Waschflüssigkeit (7) angebracht sind, daß an einem zweiten Rand in großem Abstand von dem Eintrittsfohr (40) eine oder mehrere erste Austrittsöffnungen (42) für Gas (6) in dem Gasleitblech (41) vorgesehen sind, das den ersten Austrittsöffnungen (42) benachbarte zweite Austrittsöffnungen (47) für die Waschflüssigkeit (7) über einen überlauf (46) mit einem Austrittsrohr (45) für Gas (6) und Waschflüssigkeit (7) vorhanden ist, daß oberhalb des Gasleitbleches (41) ein den Strom des Gases (6) von der Austrittsöffnung (42) zur Vermeidung eines Kurzschlusses wegführendes Leitblech (43) mit im Bereich der Eintrittsrohre (40) liegenden zweiten Austrittsöffnungen (44) angeordnet ist, und daß unterhalb des Gasleitbleches (41) ein Flüssigkeitsblech (49) und im Bereich der Flüssigkeit eine Kühleinrichtung (51) vorgesehen sind.

8. Absorptionsboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer asymmetrischen Ausbildungsform für einander entgegengerichtete Strömungen des Gases (6) und der Waschflüssigkeit (7) (Gegenstromboden) an einer ersten Seite ein Eintrittsrohr (60) für die Waschflüssigkeit (7) durch ein den Boden an seiner Oberseite begrenzendes Gasleitblech (62) bis in den Bereich der den Boden an seiner Unterseite begrenzenden Wand (63) geführt ist, daß ein Austrittsrohr (62) die Wand (63) von unten durchdringt und. in der Ebene des Gasleitbleches (62) als überlauf (64) ausgebildet ist, daß ein

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Gaseintrittsrohr (65) an einer zweiten Seite durch die Wand (63) geführt ist und im Bereich des Gasleitbleches (62) Gasaustrittsöffnungen (66) besitzt, daß das Gasleitblech (62) im Bereich der ersten Seite mit Öffnungen (67) versehen ist, daß der Flüssigkeitsraum (68) durch ein Flüssigkeitsblech (70) mit an der ersten und an der zweiten Seite liegenden öffnungen (71) unterteilt ist, und daß in dem Flüssigkeitsraum (68) eine Kühleinrichtung (69) angeordnet ist.