DE2846679A1 - Selbstregelndes austauschelement fuer boeden - Google Patents

Selbstregelndes austauschelement fuer boeden

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DE2846679A1
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DE
Germany
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sleeve
hood
self
exchange element
regulating
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DE19782846679
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English (en)
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Frank Dipl Ing Wiessner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/163Plates with valves

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Selbstregelndes Austauschelement für Böden
  • Die Erfindung betrifft ein selbstregelndes Austauschelement mit veränderlichem Durchschnittsquerschnitt fUr Böden in Stoffaustauschkolonnen, in denen flüssige und gasförmige Fluide in direkten Kontakt miteinander gebracht werden.
  • Ventile als Austauschelementesind in E. Kirschbaum, Destillier- und Rektifiziertechnik, Springer-Verlag 1969, Seite 367, beschrieben. Der Ventilboden, auf dem sich die zu rektifizierende Flüssigkeit ansammelt, ist mit Bohrungen versehen, die mit Ventiltellern verschlossen sind. FUhrungselemente, die zugleich eine Hubbegrenzung darstellen, ermöglichen es, daß die Ventilteller durch den Druck des nach oben strömenden Dampfes angehoben werden und auf diese Weise einen die durchfließende Dampfmenge durch den Dampfdruck der durchströmenden Dampfmenge selbsttätig regulierenden Durchströmquerschnitt freigeben.
  • Ein entscheidender Nachteil der bekannten Austauschelemente zeigt sich, wenn der Flüssigkeitsstand sich Uber dem Bodenquerschnitt ändert, wie das z.B. beim Einsatz von Rektifiziersäulen auf Produktionsinseln im Offshore-Bereich der Fall ist In den Bereichen mit höherem Flüssigkeitsstand verkleinern sich die Durchtrittsöffnungen durch den auf dem Ventilboden lastenden größeren statischen Flüssigkeitsdruck, während sich umgekehrt in Bereichen mit niedrigerem Flüssigkeitsstand die Ventile weiter öffnen. Je mehr Flüssigkeit somit auf dem Boden lastet, desto geringer und je weniger Flüssigkeit auf ihm lastet, desto höher ist also der Dampfdurchsatz. Diese Eigenschaft der bisher bekannten Ventilböden verschlechtert die rektifizierende Wirkung einer 5 toffaustauschkolonne erheblich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein selbstregelndes Austauschelement zu entwickeln, mit dem ohne erheblichen technischen Aufwand ein gleichmäßiges rektifikatorisches Verhalten von Stoffaustauschkolonnen auch bei sich über dem Bodenquerschnitt änderndem Flüssigkeitsstand erzielt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Austauschelement eine vom Boden nach unten weisende, in ihrem oberen Bereich mit Durchtrittsöffnungen versehene Hülse aufweist, eine in der Hülse nach oben und unten bewegbare, durch Federkraft nach oben gedrückte Haube mit herabgezogenen Seitenwangen, die den Querschnitt der Hülse verschließt und mit obere und und untere Endlagen der Haube begrenzenden Anschlägen, wobei die Durchtrittsöffnungen von den Seitenwangen in der oberen Endlage im wesentlichen verschlossen und in der unteren Endlage freigegeben werden.
  • Beim Betrieb der Stoffaustauschkolonne wird die Haube durch Federkraft zunächst an den oberen Anschlag gedrückt, wobei ihre Seitenwangen die Durchtrittsöffnungen an der Hülse verschließen. Durch die auf dem Boden angestaute Flüssigkeit wird nun die Haube nach unten gedrückt und gibt die Durchtrittsöffnungen frei. Je mehr Flüssigkeit auf dem Austausch- element lastet, umso tiefer wird die Haube herabgedrückt und umso größer ist auch der freigegebene Durchtrittsquerschnitt.
  • Analog verkleinert sich der Durchtrittsquerschnitt bei geringerer Flüssigkeitsbelastung.
  • Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird die Regelung des Austauschelements nicht mehr durch ein Zusammenspiel von Dampfstrom und Flüssigkeitssäule erzielt, sondern durch deren Trennung, wobei die Flüssigkeitssäule die Stellgröße und der Dampfstrom die Regelgröße darstellen. Es stellt sich somit immer ein optimales Verhältnis Flüssigkeitshöhe/ Dampfdurchsatz ein.
  • Aus herstellungstechnischen Gründen weist die Hülse bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes einen kreisförmigen Querschnitt auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die Hülse an ihrer Unterseite mit einem Boden versehen.
  • Der Hülseboden dient als unterer Anschlag fUr die Haube. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Hülsenboden als Auflage für eine an der Haube angreifende Druckfeder ausgebildet ist.
  • Da die Haube in der Regel nicht flüssigkeitsdicht mit der Hülse abschließt, tropft Flüssigkeit auf den Hülsenboden durch.
  • Damit sich keine Flüssigkeit auf dem Hülsenboden ansammeln kann, was die Beweglichkeit der Haube behindern würde, ist gemäß einer Modifikation des Erfindungsgegenstandes der Hülse boden mit mindestens einem Loch versehen.
  • Eine besonders gleichmäßige Veränderung des Druchtrittsquerschnitts läßt sich erzielen, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes die Durchtrittsöffnungen durch parallel zur Bewegungsrichtung der Haube verlaufende Schlitze gebildet sind. Selbstverständlich ist aber auch eine andere Form der Durchtrittsöffnungen möglich.
  • Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung steigt der Dampfdurchsatz gerade an den Stellen, wo dies besonders erwünscht ist, nämlich dort, wo auch die Flüssigkeitsbelastung besonders hoch ist und umgekehrt.
  • Die Verteilung und Anzahl der Austauschelemente auf dem Boden richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen.
  • Die Einsatzmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Austauschelements lassensich durch Variation der Feder, der Größe und Anordnung der Durchtrittsöffnungen, des freien Weges für die Haube und des Durchmessers der Hülse über einen weiten Bereich variieren.
  • Bevorzugtes Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Austauschelement sind Rektifiziersäulen.
  • Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Hierbei zeigen: Figur 1 ein erfindungsgemäßes #ustauschelement, Figuren 2a und 2b die Regelcharakteristik eines erfindungsgemäßen Austauschelements.
  • Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Austauschelement 2, das in einer oeffnung eines Bodens 1 einer Stoffaustauschkolonne angebracht ist. Das Austauschelement 2 besteht im wesentlichen aus einer am Boden 1 befestigten und von diesem nach unten weisenden Hülse 3. Die Hülse 3 weist in ihrem oberen Bereich Durchtrittsöffnungen 4 in Form von Längsschlitzen auf. In der Hülse 3 ist nach oben und unten beweglich eine Haube 5 angeordnet, die den freien Querschnitt der Hülse 3 überdeckt.
  • Die Haube 5 weist herabgezogene Seitenwangen auf, die parallel zur Seitenwand der Hülse 3 verlaufen. Der Weg der Haube 5 wird nach obendurch einen Anschlag 11 und unten durch einen Hülsenboden 7 begrenzt, der die Hülse 3 unten abschließt. Die Größe und Lage der Durchtrittsöffnungen 4 und der Seitenwangen der Haube 5 sind derart aufeinander abgestimmt, daß die Durchtrittsöffnungen 4 in der oberen Endlage der Haube 5 von den Seitenwangen im wesentlich en verschlossen und in der unteren Endlage freigegeben werden.
  • Eine Spiralfeder 6, die sich am Hülsenboden 7 abstützt, drückt die Haube 5 nach oben. Damit Flüssigkeit, die möglicherweise durch den nicht völlig dichten Spalt zwischen Hülse 3 und Haube 5 auf den Hülsenboden 7 tropft, abfließen kann, ist im Hülsenboden 7 ein Loch 8 vorgesehen. Selbstverständlich können auch mehrere Löcher vorgesehen sein.
  • Durch das Gewicht der sich auf dem Boden 1 ansammelnden Flüssigkeit 9 wird die Haube 5, Je nach Höhe der Flüssigkeitssäule, mehr oder weniger nach unten gedrückt und gibt dabei die Durchtrittsöffnungen 4 mehr oder weniger frei. Eine mehr oder weniger große Dampfmenge 10 gelangt dadurch in die Flüssigkeit. Regelnde Größe ist einzig die Standhöhe der Flüssigkeit 9 auf dem Boden 1.
  • Die Regelcharakteristik des erfindungsgemäßen Austauschelements zeigen die Figuren 2a und 2b. In Figur 2a ist die Absenktiefe y der Haube 5 als Funktion der Höhe x der auf der Haube 5 lastenden Flüssigkeitssäule dargestellt. Bis zu einer gewissen Höhe xe hält die Federkraft dem Druck der Flüssigkeitssäule stand und gibt dann proportional zur Zunahme der Flüssigkeit nach, bis die Haube 5 bei xl am unteren Anschlag ansteht. Der Dampfdurchsatz t durch die Durch- trittsöffnungen 4, der proportional der relativen Querschnittsöffnung ff ist, ist in Abhängigkeit von der Standhöhe h der Flüssigkeit 9 auf dem Boden 1 in Figur 2b dargestellt. Zunächst strömt nur eine kleine Dampfmenge durch die von der Haube nicht gänzlich verschlossenen Durchtrittsoeffnungen 4. Sobald die Haube abzusinken beginnt (Standhöhe ho) nimmt der Dampfdurchsatz proportional zur Standhöhe zu, bis die Haube am unteren Anschlag ansteht (Standhöhe h1). Auch bei größerer Flüssigkeitsbelastung kann nun der Dampfdurchsatz nicht mehr größer werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1. Selbstregelndes Austauschelement mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt fUr Böden in Stoffaustauschkolonnen, in denen flüssige und gasförmige Fluide in direkten Kontakt miteinander gebracht werden, gekennzeichnet durch eine vom Boden (1) nach unten weisende, in ihrem oberen Bereich mit Durchtrittsöffnungen (4) versehene Hülse (3), eine in der Hülse (3) nach oben und unten bewegbare, durch Federkraft nach oben gedrUckte Haube (5) mit herabgezogenen Seitenwangen, die den Querschnitt der Hülse (3) verschließt und mit obere und untere Endlagen der Haube (5) begrenzenden Anschlägen (11), wobei die Durchtrittsöffnungen (4) von den Seitenwangen in der oberen Endlage im wesentlichen verschlossen und in der unteren Endlage freigegeben werden.
  2. 2. Selbstregelndes Austauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  3. 3. Selbstregelndes Austauschelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) an ihrer Unterseite mit einem Hülsenboden (7) versehen ist.
  4. 4. Selbstregelndes Austauschelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenboden (7) als Auflage fUr eine an der Haube (5) angreifende Druckfeder (6) ausgebildet ist.
  5. 5. Selbstregelndes Austauschelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenboden (7) mit mindestens einem Loch (8) versehen ist.
  6. 6. Selbstregelndes Austauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (4) durch parallel zur Bewegungsrichtung der Haube (5) verlaufende Schlitze gebildet sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3146115A1 (de) * 1980-11-20 1982-07-22 Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc., Tokyo Verfahren zur stabilisierung von oxymethylencopolymeren gegen waerme
WO2014139958A1 (de) * 2013-03-11 2014-09-18 Basf Se Verfahren zur durchführung eines stoffaustauschprozesses in einer kolonne
WO2016030322A1 (de) * 2014-08-25 2016-03-03 Basf Se Ventil zur durchführung eines stoffaustauschprozesses

Cited By (4)

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US9403103B2 (en) 2013-03-11 2016-08-02 Basf Se Method for carrying out a mass-transfer process in a column
WO2016030322A1 (de) * 2014-08-25 2016-03-03 Basf Se Ventil zur durchführung eines stoffaustauschprozesses

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