DE68913114T2

DE68913114T2 - Gas Flüssigkeit-Kontakt.

Info

Publication number: DE68913114T2
Application number: DE68913114T
Authority: DE
Inventors: Michael William Biddulph; Satish Chander Kler; Terence John Lavin
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: AU4168889A; EP0361776B1; CA1316453C; US5091119A; JPH02152502A; AU628382B2; DE68913114D1; GB8822479D0; EP0361776A1; ZA897189B

Description

Diese Erfindung bezieht sich darauf, Flüssigkeit und Gas in Kontakt zu bringen. Der Begriff "Gas", wie hier verwendet, schließt Dampf innerhalb seines Rahmens mit ein.
Ein effizienter Massenaustausch zwischen flüssigen und gasförmigen Phasen ist der Schlüssel zum erfolgreichen Durchführen einer Reihe von verschiedenen Verfahren des chemischen Ingenieurwesens einschließlich Destillation. Destillation wird industriell durchgeführt, um einzelne Komponenten von Fluid-Mischungen zu trennen, die zwei oder mehrere Komponenten umfassen. In einer Destillationssäule wird ein Kontakt zwischen der flüssigen Phase und der gasförmigen Phase auf vertikal beabstandeten horizontalen Schalen ausgeführt. Flüssigkeit fließt die Säule hinab von Schale zu Schale und gerät in Kontakt mit Gas, welches die Säule durch Durchgänge emporsteigt, die in den Schalen ausgebildet sind. Bodenglocken-Schalen waren die erste Sorte von Schalen, die in Destillationsverfahren großen Maßstabs verwendet wurden. Diese Schalen besitzen eine Vielzahl von röhrenförmigen Steigleitungen, weiche sich nach oben von der Oberfläche der Schale erstrecken und durch Kappen mit gezackten Rändern oder Kerben bedeckt sind, so daß das Gas durch die Kappen hindurch verlaufen kann in die Flüssigkeit hinein auf der Oberfläche der Schalen. Bodenglocken-Schalen schaffen einen engen Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit, sind aber teuer herzustellen und in Betrieb Gegenstand hoher Gasdruckabfälle, wodurch sie die Arbeit erhöhen, die durchzuführen ist, um die Fluid-Mischung zu trennen. Dieser letztere Nachteil wird insbesondere signifikant, wenn die Fluid-Mischung zwei oder mehrere Komponenten umfaßt, welche ähnliche Flüchtigkeiten zueinander aufweisen. Luft ist ein Beispiel solch einer Mischung.
Demgemäß besitzen Destillationssäulen, die in beispielsweise modernen Lufttrennungsanlagen verwendet werden, Siebschalen (oder Platten) anstelle von Bodenglocken-Schalen. Der Aufbau einer Siebschale ist einfach. Sie ist im allgemeinen von kreisförmiger Gestalt und besitzt eine Vielzahl glatt-kantiger kreisföriniger Öffnungen, von denen jede eine vertikale Achse besitzt. Im Vergleich mit Bodenglocken-Schalen haben Siebschalen eine Anzahl von Vorteilen. Erstens ist der Druckabfall, während das Gas durch jede Schale fließt, geringer. Zweitens sind die Schalen leichter und billiger herzustellen und aufrechtzuerhalten.
Nichtsdestoweniger ist der Druckabfall, der mit kommerziellen Siebschalen verbunden ist, noch signifikant. Wir haben uns daher das Ziel gesetzt, bekannte Siebschalen zu verbessern.
Der Druckabfall kann reduziert werden, indem der Prozentsatz von offener oder perforierter Fläche auf der Oberfläche jeder Schale erhöht wird. Wir haben herausgefunden, daß ein Versuch, den Prozentsatz perforierter Fläche auf jeder Schale durch Verändern der Anzahl und des Durchmessers der Öffnungen zu erhöhen, zu reduzierter Punkteffizienz führen kann, das heißt dem Verhältnis zwischen der tatsächlichen Trennung, die auf der Schale erhalten wird, und einer Trennung die erhalten werden würde, falls ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen Gas und Flüssigkeit an jedem Punkt auf der Schale erhalten werden würde. Darüber hinaus hilft ein Verändern der Größe der Öffnungen nicht, um der Tendenz zu geringen Punkteffizienzen an Randbereichen der Schale entgegenzuwirken, die nicht auf einem geradlinigen Pfad zwischen dem Einlaß und dem sehnenförmigen Auslaß der Schale liegen. Diese Tendenz resultiert aus geringeren Flüssigkeitsströmungsraten über solche Bereiche der Schale.
Es sind Vorschläge gemacht worden, die Verteilung von Flüssigkeit auf einer Siebschale zu verbessern, indem dem Gas eine Geschwindigkeitskomponente in die gewünschte Richtung der Flüssigkeitsströmung verliehen wird. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, eine herkömmliche perforierte Siebschale mit einer Schicht von Streckmetall zu bedecken, welches Streifen aufweist, die dem Gas gerade solch eine Geschwindigkeitskomponente geben (siehe GB-A-1 143 772). Jedoch ergibt dieses Hilfsmittel nicht eine vollständige Lösung für das Problem einer stillstehenden Flüssigkeit und erhöht außerdem den Druckabfall. Vorschläge sind außerdem gemacht worden, um eine Siebschale mit zusätzlichen Gasdurchgängen zu schaffen, die so ausgebildet sind, daß dem Gas eine Geschwindigkeitskomponente in eine gewünschte Richtung gegeben wird (siehe beispielsweise US-A-3 759 498). Solche Schalen neigen dazu, ein geringes Durchsatz-Verhältnis aufzuweisen, das heißt, daß sie effizient lediglich innerhalb eines relativ schmalen Bereiches von Flüssigkeitsbelastung arbeiten. Andere Vorschläge in Fachkreisen umfassen die Verwendung von vertikalen Ablenkplatten, die sich deutlich oberhalb der Höhe der Flüssigkeit auf der Schale erstrecken, um eine Flüssigkeitsströmung zu steuern. Solche Ablenkplatten neigen dazu, die Flüssigkeitsgeschwindigkeit zu reduzieren und führen dazu, daß die Schale einen geringen Durchsatz und andere Charakteristika aufweist (siehe Sowjetunion-A-1 099 973 und US-A-4 184 857).
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkeit-Dampf-Kontaktvorrichtung zu schaffen, welche für einen gegebenen Einsatz in der Lage ist, mit einer Kombination aus Druckabfall-, Durchsatz- und Flüssigkeitsverteilungs-Charakteristika überlegen zu denjenigen einer herkömmlichen Siebschale hergestellt zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkeit-Gas- Kontaktvorrichtung geschaffen mit einer Flüssigkeit-Gas- Kontaktschale, welche eine Flüssigkeits-Halteoberfläche aufweist, entlang welcher bei Benutzung Flüssigkeit in der Lage ist, von einem Flüssigkeits-Aufnahmerand der Oberfläche zu einem entgegengesetzten Flüssigkeits-Auslaßrand davon zu fließen, einer Vielzahl von länglichen Öffnungen in der Schale für den Durchgang von Gas von unterhalb nach oberhalb der Schale, wobei jede Öffnung eine Gasablenkeinrichtung aufweist, die ihr zugeordnet und so angeordnet ist, um dem Gas eine Geschwindigkeitskomponente in die allgemeine Richtung der Flüssigkeitsströmung zu verleihen, und wenigstens mehreren Flüssigkeitsströmungs-Widerstandsbauteilen, die über der Flüssigkeits-Halteoberfläche zwischen dem Flüssigkeits-Aufnahmerand und dem Auslaßrand liegen, wobei die Ablenkeinrichtungen und Strömungswiderstandsbauteile eine Höhe derart aufweisen, daß sie in Betrieb der Vorrichtung vollständig in die über diese hinwegströmende Flüssigkeit eingetaucht sind.
Jede längliche Öffnung ist vorzugsweise als ein Schlitz ausgebildet und weist eine ihr zugeordnete Zunge auf, welche als die Gasablenkeinrichtung wirkt. Bei Benutzung geben die Zungen dem Gas eine Geschwindigkeitskomponente in die Richtung des Schalenauslasses, wobei sie das Gas veranlassen, die Flüssigkeit auf den Auslaß zu zu drängen. Jeder Schlitz ist vorzugsweise so angeordnet, daß seine längere Abmessung parallel zu den Einlaß- und Auslaßrändern der Schale sind. Die Flüssigkeitsströmungs-Widerstandsbauteile nehmen die Form von Wehren oder Ablenkplatten an, die eingerichtet und angeordnet sind, um die Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf der Flüssigkeits-Halteoberfläche zu steuern und sie somit daran zu hindern, einen derart großen Betrag zu erlangen, daß die Verweildauer der Flüssigkeit auf der Schale unzureichend für einen stattzufindenden angemessenen Gas-Flüssigkeit-Kontakt ist. Die Wehre erstrecken sich über die Schale von Seite zu Seite und sind longitudinal beabstandet.
Vorzugsweise umfaßt die Schale ein Streckmetallblech. Wenn die Schale aus Streckmetall ausgebildet ist, sind die Wehre vorzugsweise durch Stege geschaffen in einem zweiten Streckmetallblech von größerer Maschenweite als das Blech, welches die Schale bildet. Somit kann eine Flüssigkeit-Gas-Vorrichtung gemäß der Erfindung aus gerade zwei Streckmetallblechen gebildet sein, wodurch eine Herstellung besonders einfach gemacht wird im Vergleich mit Schalen des Stands der Technik von der Sorte, die eine komplexe Verteilung verschiedener Öffnungstypen zum Steuern einer Gas- und Flüssigkeitsverteilung erfordert.
Das Streckmetall, daß das untere Blech bildet, kann gemäß den physikalischen Eigenschaften der Komponenten ausgewählt sein, die miteinander in Kontakt zu bringen sind, und dem Bereich von Flüssigkeits-Gasflußraten, welchen die Schale bei Benutzung auszusetzen ist. Im allgemeinen kann ein größerer Anteil des Oberflächenbereichs des unteren Blechs perforiert oder offen sein, je größer die Oberflächenspannung und Viskosität der Flüssigkeitsphase ist. Ferner, je größer die Gasflußrate, desto größer kann der Anteil des Oberflächenbereichs des unteren Blechs sein, der perforiert sein kann. Typischerweise weist das Streckmetall einen Prozentsatz offener Fläche von 15 bis 50% auf. Ein Prozentsatz offener Fläche von 20 bis 30% ist nützlich zum Destillieren von Luft. Die Schlitzgröße kann recht beträchtlich variieren. In einigen Ausführungsformen einer Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung kann das Längenverhältnis der Schlitze im Bereich von zwischen 2:1 und 5:1 liegen. Die Durchschnittsgröße jedes Schlitzes kann beispielsweise weniger als 1 mm in der kürzeren Abmessung und weniger als 2.5mm in der längeren Abmessung betragen. Diese Abmessungen und Längenverhältnisse sind nicht kritisch. In der Tat sind in einer weiteren Ausführungsform mit Schlitzen von jeweils einem Längenverhältnis von 7.5:1 eine längere Abmessung von etwa 15mm und eine kürzere Abmessung von etwa 2mm eingesetzt worden. Diese Schlitze können beispielsweise im allgemeinen trapezförmig, pentagonal oder hexagonal sein.
Vorzugsweise besitzt das gestreckte Metall, welches das obere Blech bildet, eine Maschengröße in der allgemeinen Richtung der Flüssigkeitsströmung von 2 bis 5cm. Diese Maschengröße ist nicht kritisch. Größere Maschengrößen von bis zu etwa 10cm oder kleinere Maschengrößen bis hinab zu etwa 1cm können verwendet werden in Abhängigkeit von den Komponenten, die miteinander in Kontakt zu bringen sind. Anstelle des oberen Streckmetallblechs kann eine Anordnung von separaten Wehren eingesetzt werden mit einem Abstand zwischen benachbarten Wehren in der Flüssigkeitsströmungsrichtung von vorzugsweise 2 bis 5cm, obwohl größere oder kleine Abstände verwendet werden können in Abhängigkeit von den Komponenten, die miteinander in Kontakt zu bringen sind. Die Wehre können vertikal oder auf das Einlaß-Ende der Schale zu geneigt sein.
Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtungen gemäß der Erfindung werden nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 eine schematische Draufsicht einer ersten Schale gemäß der Erfindung ist, die obere und untere Streckmetallbleche umfaßt,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Fragments von Streckmetall ist, welches geeignet ist zur Verwendung als das untere Blech in Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Fragments von Streckmetall ist, welches geeignet ist zur Verwendung als das obere Blech in Figur 1,
Figur 4 ein schematischer Querschnitt eines Aufrisses eines Abschnitts der in Figur 1 gezeigten Schale ist, welche die Bleche in Figur 2 und Figur 3 einsetzt,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines Fragments von Streckmetall ist, welches geeignet ist als ein alternatives unteres Blech in Figur 1,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Fragments von Streckmetall ist, welches geeignet ist für eine Verwendung als das obere Blech in Figur 1,
Figur 7 ein schematischer Querschnittsaufriß der in Figur 1 gezeigten Schale ist, welche die in Figur 5 und 6 gezeigten Bleche einsetzt,
Figur 8 ein schematisches Diagramm einer Destillationssäule ist, welche Schalen wie in Figur 1 gezeigt einsetzt, und
Figuren 9 (a) und (b) und Figuren 10 (a) bis 10 (d) schematische Diagramme sind, welche die Schlitze 6 in einer Schale gemäß der Erfindung darstellen.
Nach den Figuren 1 bis 4 der Zeichnungen ist eine Flüssigkeit-Gas-Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung von im allgemeinen kreisförmiger Gestalt, jedoch mit einem weggeschnittenen Segment, und umfaßt ein unteres Blech 2 aus einem relativ kleinmaschigen Streckmetall und ein oberes Blech 4 aus einem relativ großmaschigen Streckmetall. Das obere Blech 4 liegt auf dem unteren Blech 2. Es ist am unteren Blech 2 befestigt. Die zwei Bleche können beisPielsweise zusammenheftgeschweißt sein. Das untere Blech 2 besitzt schmale Schlitze 6, die darin ausgebildet sind. Jeder Schlitz 6 besitzt eine zugehörige Zunge 8. Jeder Schlitz 6 kann auf der Unterseite des Blechs 2 Öffnungen aufweisen, welche typischerweise von trapezförmiger Gestalt sind. Ein Paar von entgegengesetzten Seiten der trapezförmigen Unterfläche des Schlitzes ist länger als das andere Paar entgegengesetzter Seiten, und die längeren Seiten erstrecken sich im allgemeinen parallel zum Einlaß und Auslaß der Schale, jedoch im allgemeinen transversal zur allgemeinen Richtung der Flüssigkeitsströmung. Die längeren Seiten liegen typischerweise weniger als 0.5mm auseinander, während die durchschnittliche Länge der längeren Seiten typischerweise in der Größenordnung von 2mm liegt. Die Zungen 8 wirken jeweils mit ihren jeweiligen Schlitzen 6 zusammen, um auf der obersten Fläche der Schale Öffnungen 9 zu definieren, welche in die Richtung des Auslaßrands der Schale weisen. Diese Öffnungen sind ebenfalls schlitzförmig und besitzen typischerweise, wenn entlang der jeweiligen Zungen 8 betrachtet, Abmessungen ähnlich zu denjenigen der Schlitze 6 an ihren Unterflächen, obwohl die Fläche der Öffnung 9 im allgemeinen größer ist als diejenige der Unterfläche der jeweiligen Schlitze 6. Wenn auf der unteren Fläche des Blechs 2 gemessen, beläuft sich die gesamte Fläche der Öffnungen, die durch die Öffnungen 9 definiert werden, im allgemeinen auf wenigstens 15% und typischerweise bis zu 50% der Fläche der Schale, das heißt, die Schale besitzt einen Prozentsatz offener Fläche von wenigstens 15%.
Die Methode des Berechnens der gesamten offenen Fläche wird nun anhand der Figuren 9 und 10 der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Figur 9 (a) zeigt einen einzelnen Schlitz 6 mit einer Zunge 8, die eine Öffnung 9 mit der Oberfläche der Schale definiert. Der Schlitz 6 kann beispielsweise von irgendeiner der in den Figuren 10 (a) bis (d) gezeigten Formen sein. Wenn senkrecht betrachtet besitzen die in den Figuren 10(a) bis (d) gezeigten Schlitze 6 jeweilige Flächen (AN), welche durch die Formeln gegeben sind: Figur 10
wobei L1, L2, L3, L4 und X die Abmessungen sind, die in den jeweiligen Figuren gezeigt sind.
Da jedoch die Fläche jeder Öffnung 9, wenn unter einem Winkel theta betrachtet, wobei theta der Winkel ist, den der Schlitz mit einer Oberfläche der Schale bildet, die Fläche ist, welche die anfängliche Fläche eines Kontakts zwischen Gas- und Flüssigkeitsphasen bestimmt, während die Flüssigkeit entlang der Schale fließt, ist die effektive offene Fläche der Schale die Summe der zuvor erwähnten Fläche jeder solchen Öffnung. Die Fläche jeder Öffnung (Ao) ist:
Ao = AN Sin (theta)
und der Prozentsatz offener Fläche beträgt:
wobei S die Gesamtzahl von Schlitzen 6 auf der Schale und T die Gesamtfläche ist, die durch die Peripherie der Schale definiert ist.
In Betrieb fließt Flüssigkeit kontinuierlich auf einen Einlaßabschnitt 12 der Schale oder Vorrichtung zu von einer Dichtpfanne 13 (die einem Ablaufschacht zugeordnet ist) oder einer anderen Flüssigkeits-Verteilungsvorrichtung. Die Flüssigkeit fließt kontinuierlich über die Schale in eine Richtung des Auslaßrands 10. Während die Flüssigkeit über die Schale oder Vorrichtung fließt, gerät sie so in Kontakt mit Gas, welches von unterhalb der Oberfläche des unteren Blechs durch die Schlitze 6 verläuft. In normalem Betrieb wird ein Schaum von Gas und Flüssigkeit auf dem Oberflächenbereich der Vorrichtung erzeugt, wobei die Höhe des Schaums derart ist, daß das obere Blech 4 aus dem Streckmetall vollständig eingetaucht ist. Die Zungen 8 sind, wie aus Figur 4 zu sehen ist, unter einem Winkel zur Vertikalen derart angeordnet, daß eine Geschwindigkeitskomponente in die Richtung des Auslaßrands 10 dem Gas verliehen wird, welches durch den Schlitz 6 hindurch verläuft, und die Flüssigkeit auf dem Blech 2 wird auf den Auslaß 10 zu gedrängt. Der Vorwärtsimpuls der Flüssigkeit wird jedoch reduziert durch die Gegenwart von Strömungswiderstandsbauteilen in Form der Stege 14 des oberen Blechs 4 aus Streckmetall. Eine Serie von longitudinal beabstandeten Wehren wird durch die Stege 14 und deren Zickzack-Verlauf über die Schale hinweg von einer Seite zur anderen gebildet. Die Stege 14 besitzen Seiten 16, welche sich zum Einlaß-Abschnitt 12 der Schale hin lehnen. Darüber hinaus sind die Seiten 16 unter einem Winkel relativ zum Auslaßrand 10 derart angeordnet, daß Flüssigkeit, die gegen sie aufprallt, dazu neigt, daß ihr eine Geschwindigkeitskomponente in eine Richtung parallel zum Rand 10 gegeben wird, wodurch lokales Mischen der Flüssigkeit gewährleistet wird. Im allgemeinen dient das obere Blech 4 aus Streckmetall dazu, die Nettovorwärtsgeschwindigkeit des Flüssigkeit-Gas-Schaums auf den Auslaßrand 10 der Schale zu zu begrenzen oder zu steuern, und gewährleistet somit, daß es eine angemessene Verweildauer von Flüssigkeit der Schale gibt, damit es dort einen guten Flüssigkeits-Gaskontakt gibt. Das Niveau des Schaums kann typischerweise deutlich oberhalb der Oberteile der Strömungswiderstandsbauteile liegen. Darüber hinaus stellt sich heraus, daß die Flüssigkeit-Gas-Kontaktschale betrieben werden kann, ohne daß es eine Tendenz für stillstehende Bereiche gibt, an der Peripherie der Schale aufzutreten. Somit ist es möglich, die Schale bei einer relativ hohen Trennungseffizienz zu betreiben. Darüber hinaus kann im Vergleich mit herkömmlichen Siebschalen die Schale gemäß der Erfindung hergestellt werden unter Verwendung eines Blechs 2, bei dem ein besonders großer Abschnitt seines Oberflächenbereichs durch Schlitze 6 eingenommen wird, wodurch der Druckabfall, der mit seiner Verwendung verbunden ist, auf einem Minimum gehalten wird. Die längliche Gestalt der Schlitze 6 neigt dazu, einem Tropfen entgegenzuwirken, wobei sie somit einen Betrieb der Schale über einen relativ breiten Bereich von Flüssigkeitsströmungsraten und Gasgeschwindigkeiten und mit guten Durchsatz-Charakteristika erleichtert.
Der Betrieb der Sorte von Schale, der in den Zeichnungen gezeigt ist, in einer Destillationssäule ist in Figur 8 gezeigt. Ablaufschächte 18 sind vorgesehen, um die Flüssigkeit vom Auslaßrand 10 jeder Schale zum Einlaßabschnitt 12 der Schale unmittelbar unter ihm zu führen. Die in Figur 8 gezeigte Säule 20 repräsentiert eine Säule, die verwendet wird, um gereinigte Luft zu trennen, von welcher Kohlendioxid und Wasserdampf entfernt worden sind. Flüssiger Stickstoff wird in die Säule am Oberteil eingeführt von einer Kondensationseinrichtung 23 durch einen Einlaß 22, und die Luft, die zu trennen ist, wird in die Säule 20 bei einem Zwischenbereich durch einen Einlaß 24 eingeführt. Es gibt eine Wieder-Siedevorrichtung 26, die sich in einer Senkgrube 28 am Boden der Säule 20 befindet, um einen Aufwärts-Strom von Sauerstoffgas zu ergeben. Es gibt somit einen Aufwärts-Strom von Gas, welcher auf den Schalen in Kontakt mit Flüssigkeit gerät, welche die Säule hinabsteigt. Das Gas wird, während es die Säule emporsteigt, fortschreitend reicher an Stickstoff, und die Flüssigkeit wird, während sie die Säule hinabsteigt, fortschreitend reicher an Sauerstoff. Stickstoff- bzw. Sauerstoffprodukte können daher vom Oberteil bzw. Boden der Säule entnommen werden. Es ist festzuhalten, daß die Luft, die in die Säule 20 eingeführt wird, sowohl Argon als auch Sauerstoff und Stickstoff einschließt. Eine maximale Argonkonzentration neigt dazu, unterhalb des Niveaus des Lufteinlasses 24 aufzutreten. Typischerweise kann eine Argon-angereicherte Flüssigkeit oder Gas einer Säule durch den Auslaß 30 entnommen werden zur weiteren Trennung. Da Argon und Sauerstoff sehr ähnliche Flüchtigkeiten aufweisen, bedarf es einer relativ großen Anzahl von Schalen zwischen dem Niveau der Argon-angereicherten Fluid-Entnahme und dem Niveau, bei welchem die Luft eingeführt wird. Da Flüssigkeit-Gas-Kontaktschalen oder Vorrichtungen gemäß der Erfindung typischerweise relativ geringe Druckabfälle aufweisen, die mit ihrer Verwendung verbunden sind, können sie daher mit Vorteil im zuvor erwähnten Abschnitt der Säule 20 verwendet werden zwischen dem Niveau einer Lufteinführung und dem Niveau, von welchem das Argon-angereichte Fluid entnommen wird. Der Rest der Schalen in der Säule kann ebenfalls gemäß der Erfindung vorliegen oder von der herkömmlichen Siebschalen-Konstruktion sein.
Die Flüssigkeit-Gas-Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung macht einen effizienten Flüssigkeits-Gas-Kontakt bei einem relativ niedrigen Druckabfall möglich. Die Erfindung macht außerdem eine Reduzierung in der Anzahl von Schalen möglich, die erforderlich sind, um eine gegebene Trennung durchzuführen (wobei die Reduzierung mit einer herkömmlichen Siebschale zu vergleichen ist). Infolgedessen kann die Höhe der Flüssigkeit-Dampf-Kontaktsäule reduziert werden, mit verschiedenen begleitenden ökonomischen Vorteilen. Eine Gesamtreduzierung in den Betriebskosten der Säule kann ebenfalls erzielt werden.
Die Flüssigkeit-Gas-Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht begrenzt auf die Verwendung der spezifischen Streckmetallbleche, die in Figur 2-4 der beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. In den Figuren 5-7 ist eine alternative Flüssigkeit-Dampf-Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, welche alternative Sorten von Streckmetall als die Bleche 2 und 4 verwendet. Insbesondere weist Blech 4, gezeigt in Figur 6, eine größere Maschengröße auf als diejenige, die in Figur 3 gezeigt ist. Der Begriff 'Maschengröße' wie auf das obere Blech angewendet, bezieht sich auf den Abstand entlang der Richtung einer Flüssigkeitsströmung zwischen entgegengesetzten Ecken der Masche, die durch die Stege 14 des oberen Blechs definiert ist.
Experimente sind durchgeführt worden, die verschiedene Kombinationen von Streckmetallblechen 2 und 4 verwenden, um eine siedende Mischung aus Methanol und Wasser zu trennen. Die verwendeten Schalen sind in Tabelle I unten definiert, und die erhaltenen Resultate in Tabelle II unten. TABELLE I: Schalen-Nummer Unteres Blech 2 Oberes Blech 4 Expamet
Expament ist das Warenzeichen der The Expanded Metal Company Limited, PO Box 14, Hartlepool, England.
Jede der Schalen 1-5 in Tabelle I besaß einen Durchmesser von 3.8cm und verwendete ein Auslaßwehr von 2mm Höhe entlang des Rands 10.
Die Schalen 1-5 waren konstruiert, um Anzeigen des zu gewinnenden Effekts des Erhöhens der Maschengröße von beiden des unteren Blechs 2 und des oberen Blechs 4 zu ermöglichen. Expamet 801A besitzt eine größere Maschengröße als Expament 940 mm, und Expamet 1294 besitzt eine größere Maschengröße als Expamet 1716, welches seinerseits eine größere Maßgröße als Expamet 601A aufweist. TABELLE II: Lauf-Nr.: Schalen-Nr.: Einlaß Comp mf MeOH Auslaß Comp mf MeOH Punkteffizienz Eog Prozent
Die Resultate zeigen, daß, für das gleiche obere Blech 4, je schmaler die Maschengröße des unteren Blechs 2 ist, desto höher ist die Punkteffizienz. Die Resultate zeigen außerdem für die gleiche Maschengröße im unteren Blech 2, Erhöhen der oberen Blech-Maschengröße ergibt höhere Punkteffizienz. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, daß eine Maschengröße des oberen Blechs 4 relativ groß ist, da ein Erhöhen von Maschengröße hilft, den Druckabfall zu reduzieren, der mit der Schale verbunden ist.
In einem Beispiel, das Schale Nr. 2 in der Destillation einer Methanol-Wasser-Mischung verwendet, wurde eine Flüssigkeitsbelastung von 20cm³ pro cm Auslaßwehr pro Sekunde und eine Oberflächendampfgeschwindigkeit von 1.6m s&supmin;¹ eingesetzt.
Wir haben außerdem erfolgreich die Schalen verwendet, die in Tabelle III dargelegt sind, um Wasser-Methanol-Mischungen zu destillieren. TABELLE III: Schalen-Nr. Unteres Blech 2 Oberes Blech 4 Expamet
Es ist auch festzuhalten, daß die Konstruktion einer Flüssigkeit-Gas-Kontaktvorrichtung oder Schale gemäß der Erfindung von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit abhängt, die über die Schale fließt, und daß Schalen, die geeignet zum Fraktionieren von Wasser-Methanol-Mischungen sind, nicht notwendigerweise zum Fraktionieren von Luft geeignet sind. Im allgemeinen besitzt Luft eine geringere Oberflächenspannung als die Wasser-Methanol-Mischung, welche die Verwendung von noch kleineren Maschengrößen im unteren Blech 2 möglich macht. Die Streckmetallbleche können aus irgendeinem geeigneten Metall bestehen, in Abhängigkeit von den Bedingungen, welchen die Schalen bei Benutzung ausgesetzt sein werden. Vorzugsweise werden bei kryogenen Temperaturen Streckmetallbleche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet, obwohl rostfreier Stahl alternativ verwendet werden kann.
Verschiedene Veränderungen und Modifikationen können an den Schalen gemäß der Erfindung durchgeführt werden. Beispielsweise ist es nicht notwendig, daß das obere Blech 4 eine gleichförmige Maschengröße aufweist: das Blech 4 kann eine breitere Maschengröße an den Seiten der Schale aufweisen, als sie in einer Flucht mit ihren Einlaß- und Auslaßrändern aufweist.

Claims

1. Eine Flüssigkeit-Gas-Kontaktvorrichtung mit einer Flüssigkeit-Gas-Kontaktschale, die eine Flüssigkeits-Haltefläche aufweist, entlang welcher bei Benutzung Flüssigkeit in der Lage ist, von einem Flüssigkeitsaufnahmerand (12) der Fläche zu einem entgegengesetzten Flüssigkeitsauslaßrand (10) davon zu fließen, einer Vielzahl von länglichen Öffnungen (6,9) in der Schale für den Durchgang von Gas von unterhalb nach oberhalb der Schale, wobei jede Öffnung (6,9) eine Gas-Ablenkeinrichtung (8) aufweist, die ihr zugeordnet und so angeordnet ist, daß dem Gas eine Geschwindigkeitskomponente in die allgemeine Richtung der Flüssigkeitsströmung verliehen wird, und wenigstens mehreren Flüssigkeitsströmungs-Widerstandsbauteilen (14), die über der Flüssigkeits-Haltefläche zwischen dem Flüssigkeitsaufnahmerand (12) und dem Auslaßrand (10) liegen, wobei die Ablenkeinrichtungen (8) und Strömungs-Widerstandsbauteile (14) eine Höhe derart aufweisen, daß sie in Betrieb der Vorrichtung vollständig in die über diese hinwegströmende Flüssigkeit eingetaucht sind.

2. Eine Vorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, in welcher jede längliche Öffnung (6,9) als ein Schlitz (6) ausgebildet ist und eine ihm zugeordnete Zunge (8) aufweist, welche als die Gas-Ablenkeinrichtung wirkt.

3. Eine Vorrichtung wie in Anspruch 2 beansprucht, in welcher jeder Schlitz (6) so angeordnet ist, daß seine längere Abmessung parallel zu den Einlaß- und Auslaßrändern (2,10) der Schale ist.

4. Eine Vorrichtung wie in Anspruch 2 oder Anspruch 3 beansprucht, in welcher die Schlitze (6) jeweils eine durchschnittliche Größe von weniger als 1mm in der kürzeren Abmessung und eine durchschnittliche Größe von weniger als 2.5mm in ihrer längeren Abmessung besitzen.

5. Eine Vorrichtung wie in Anspruch 4 beansprucht, in welcher die Schlitze (6) jeweils eine durchschnittliche Größe von weniger als 0.5mm in ihrer kürzeren Abmessung besitzen.

6. Eine Vorrichtung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, in welcher die Schale einen Prozentsatz offener Fläche von 15 bis 50% besitzt.

7. Eine Vorrichtung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, in welcher die Flüssigkeitsströmungs -Widerstandsbauteile (14) die Form von Wehren annehmen, die eingerichtet und angeordnet sind, um die Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf der Flüssigkeits-Haltefläche zu steuern und somit eine solche Geschwindigkeit daran zu hindern, einen derart großen Betrag zu erreichen, daß die Verweildauer für die Flüssigkeit auf der Schale nicht ausreichend ist, daß ein angemessener Gas-Flüssigkeit-Kontakt stattfindet.

8. Eine Vorrichtung wie in Anspruch 7 beansprucht, in welcher der Abstand zwischen benachbarten Wehren entlang der allgemeinen Flüssigkeitsströmungsrichtung zwischen 2 und 5cm liegt.

9. Eine Vorrichtung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, in welcher die Schale ein unteres Blech (2) aus Streckmetall, welches die Öffnungen (6,9) und Gas-Ablenkeinrichtungen (8) definiert, und ein oberes Blech (4) aus Streckmetall umfaßt, wobei die Flüssigkeitsströmungs-Widerstandsbauteile (14) durch Stege des oberen Blechs aus Streckmetall geschaffen sind, und in welcher das obere Blech (4) von größerer Maschengröße ist als das untere Blech (2).

10. Eine Vorrichtung wie in Anspruch 9 beansprucht, in welcher das obere Blech (4) aus Streckmetall am unteren Blech (2) befestigt ist und eine Maschengröße in der allgemeinen Flüssigkeitsströmungsrichtung von zwischen 2 und 5cm aufweist.

11. Eine Vorrichtung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Vorrichtung eine Destillationsschale ist.

12. Ein Verfahren, um eine Flüssigkeit mit einem Gas in Kontakt zu bringen, in welchem eine Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 11 beansprucht verwendet wird.