DE69214634T2

DE69214634T2 - Einen verteiler für active flüssigkeit enthaltende füllkolonne

Info

Publication number: DE69214634T2
Application number: DE69214634T
Authority: DE
Inventors: Karl T. Edmonton Alberta T6H 5R4 Chuang
Original assignee: University of Alberta
Current assignee: University of Alberta
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2012-02-06
Also published as: CA2035701A1; JPH06504944A; WO1992013620A1; DE69214634D1; KR930703050A; BR9205575A; EP0577607A1; EP0577607B1; US5387377A; JP3352683B2; AU1223592A; AU653000B2; KR970006990B1; ATE144161T1; RU2135252C1; CA2035701C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllkörpersäule mit aktivem Flüssigkeitsverteiler. Besonders eignet sie sich für Stoffaustauschvorgänge, wie z.B. für das Destillieren, den Absorptionsabtrieb und die Flüssigkeitsextraktion.
So wurde beispielsweise in US-A-2,639,130 vom 19.5.1953 mit dem Titel "Vorrichtung zur ausgleichenden Verteilung in Füllkörpersäulen" von P.N. Heere vorgeschlagen, aufeinanderfolgende, radial verlaufende Schaufelverteiler in Füllkörpersäulen zu schaffen, damit die Flüssigkeitsströmung zur Säulenwand unterbrochen wird und selbige zu vorher festgelegten Punkten quer über die Säule verteilt zurückgeführt wird. Dadurch wird die Wirkung der nach oben strömenden Phase, der Widerstand der Säulenwand die Oberflächenspannung und die Wirkung der Füllkörper an sich kompensiert, wodurch die Flüssigkeit tendenziell nach außen zur Säulenwand und anschließend die Wand entlang nach unten fließt und somit dem direkten Kontakt mit der nach oben strömenden Gasphase entweicht.
Zwar sind die Füllkörpersäulen nach Heere nützlich, doch
(1) tragen die Verteiler wenig zum besseren Gas-/Flüssigkeitskontakt und Stoffaustausch bei,
(2) verteilen die Verteiler die abwärtsgerichtete Flüssigkeitsströmung nicht gleichmäßig über das Festbett,
(3) können die Verteiler geflutet werden, dadurch eine schlechte Verteilung der Flüssigkeit hervorrufen und die Effektivität des Gas-/Flüssigkeitskontakts der Säule verringern.
In US-A-4,504,426 vom 12. März 1985 mit dem Titel "Gas/Flüssigkeits- Kontaktvorrichtung" an K.T. Chuang et al. wurde bereits vorgeschlagen, auf verschiedener Höhe in einer Säule für den Gas-/Flüssigkeitskontakt perforierte, Flüssigkeit verteilende und aufschäumende Böden vorzusehen. Perforierte Böden allgemein dieser Art sind in sich nach oben erstreckenden, Flüssigkeit verteilenden Zwischenräumen verwendet worden, die Festbetten in einer Füllkörpersäule voneinander trennen. Hierbei wurde es immer als wesentlich erachtet, die perforierten Böden in den Zwischenräumen anzuordnen, welche die Festbetten voneinander trennen und nichts zum Stoffaustausch zwischen dem Gas und der Flüssigkeit beitragen, damit eine ungehinderte Flüssigkeitsströmung durch die perforierten Böden und folglich eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung durch sie hindurch gewährleistet wird, was für eine gleichmäßige Benetzung der Füllkörper ausschlaggebend ist.
Während der AlChE-Jahrestagung in Chicago vom 11. - 16. November 1990 stellten die Autoren einer unlängst veröffentlichten Arbeit mit dem Titel "Troubleshooting a Packed Vacuum Column" ("Problemerkennung in einer Füllkörper-Vakuumsäule"), McMullan et al., die Untersuchungsergebnisse an einer Füllkörper-Vakuumsäule vor. Aus den Ergebnissen zogen die Autoren den Schluß, daß die Entstehung einer ungleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung in einer Füllkörpersäule unvermeidlich ist und zum Erlangen der besten Effizienz die Flüssigkeit in füllkörperfreien Säulenabschnitten auf verschiedener Höhe zwischen den darin enthaltenen Festbetten erneut vermischt werden sollte.
Desweiteren wurde in den Artikeln "Better sieve Tray? Add packing" (Besserer Siebboden? Füllkörper hinzufügen) von A-B.S.H. Salem et al, in Hydrocarbon Processing, vom Mai 1988, S. 76-G, und "Performance of Combined Mesh Packing and Sieve Tray in Distillation" (Effektivität der Kombination aus Maschendrahtfüllkörpern und Siebboden beim Destillieren) vorgeschlagen, ein flaches Bett aus Füllkörpern auf der Oberseite von Siebböden hinzuzufügen, um dadurch den Wirkungsgrad einer Siebbodenkolonne zu erhöhen. Diese Entwicklung wurde von mir ebenfalls in "Performance of Combined Mesh Packing and Sieve Tray in Distillation", Chen et al., in Cdn. J. of Chem. Eng., Band 68, Juni 1990 untersucht. Die in diesen Artikeln untersuchten Systeme ermöglichten nicht die Flüssigkeitsverteilung auf die darunterliegenden Füllkörper, da diese Entwicklungen auf dem Einsatz von Siebböden beruhten. Bekanntlich gestattet diese Art Boden lediglich eine Querströmung der Flüssigkeit quer über den Boden zum Ablaufrohr und somit eine Querverteilung der Flüssigkeit in der Füllung. Wenn die Flüssigkeit über den Boden fließt, steigt blasenartig Dampf durch die querströmende Flüssigkeit nach oben, so daß Schaum entsteht. Es ist schwierig, eine Schaumhöhe in den Füllkörpern aufrechtzuerhalten, jedoch wurde hinsichtlich der in den Artikeln beschriebenen Ziele eine Verbesserung festgestellt.
Benötigt wird eine Füllkörpersäule, wobei anstatt der standardmäßigen, mit Sieblochungen versehenen Böden zum Halten der Füllkörper oder anstelle anderer Arten perforierter Böden in Zwischenräumen zwischen Festbetten oder anstatt inaktiver Verteiler, d.h. die Verteiler sind inaktiv, da sie nur unwesentlich zum Gas-/Flüssigkeitskontakt beitragen, nunmehr aktive Verteiler geschaffen werden, die beträchtlich zum Gas/Flüssigkeitskontakt beitragen, gleichzeitig eine direkte Halterung für die Füllkörper bilden und eine gute Flüssigkeits-Neuvermischung gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird eine Füllkörpersäule zum Einsatz bei Gas-/Flüssigkeits- Stoffaustauschvorgängen geschaffen, die enthält:
a) eine sich nach oben erstreckende Verkleidung, die aufweist:
i) einen obersten, Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt,
ii) einen mittleren Verkleidungsinnenabschnitt, der einen Strömungsweg bildet, über den aktive Flüssigkeit durch selbigen hindurch nach unten strömt und Gas durch selbigen hindurch nach oben strömt, und
iii) einen unteren, Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt;
b) einen Gasauslaß aus der Verkleidung oberhalb des Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitts,
c) eine Einrichtung zum Verteilen von Flüssigkeit über den Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt,
d) einen Flüssigkeitsauslaß aus dem Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt,
e) einen Gaseinlaß zum Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt,
f) eine Reihe beabstandeter poröser Böden, die den gesamten Strömungsweg in dem mittleren Verkleidungsinnenabschnitt in verschiedenen Höhen quer unterteilen, wobei jeder Boden Sieblochungen über die gesamte Trennfläche desselben aufweist und ein Füllkörperbett darauf trägt,
g) eine Vielzahl einzelner, mit Gas/Flüssigkeit in Kontakt kommender Füllkörperelemente, die von jedem Bett getragen werden, wodurch
i) die Füllkörperelemente Füllkörperbetten bilden, wobei jedes Füllkörperbett den gesamten abgeteilten Abschnitt des mittleren Verkleidungsinnenabschnitts über dem Boden ausfüllt, von dem dieses Füllkörperbett getragen wird, und
ii) die Böden Böden zum Aufschäumen und Verteilen aktiver Flüssigkeit sind, die in Funktion ein gewünschtes Maß des gesteuerten Flüssigkeitsstandes auf jedem Boden gewährleisten, um Aufschäumen oberhalb des Bodens und in der Füllung zu fördern und Neuverteilung und Abwärtsströmen von Flüssigkeit durch die Sieblochungen jedes Bodens zu fördern, so daß jeder Boden zusammen mit im wesentlichen jedem gesamten Füllkörperbett und damit im wesentlichen der gesamte mittlere Verkleidungsinnenabschnitt erheblich zum Gas-/Flüssigkeitskontakt in dem Gehäuse beiträgt,
iii) jeder der Böden das gewünschte Maß des gesteuerten Flüssigkeitsstandes mittels einer mit Sieblochungen versehenen Fläche in dem Boden gewährleistet, die Abwärtsströmen von Flüssigkeit ermöglicht, wobei auf der Platte der Flüssigkeitsstand aufrechterhalten wird, so daß Aufwärtsströmen von Dämpfen durch die mit Sieblochungen versehene Fläche Aufschäumen der Flüssigkeit in der Füllung bewirkt, wobei jeder Boden eine mit Sieblochungen versehene Fläche im Bereich von 10 % bis 40 % der Querschnittsfläche aufweist, die von diesem Boden abgeteilt wird, wobei jede Sieblochung einen Durchmesser im Bereich von 3,2 bis 25,4 mm aufweist.
In den beiliegenden Zeichnungen, die anhand von Beispielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen,
ist Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Flüssigkeit verteilenden Füllkörpersäule.
Figur 2 ist eine Draufsicht entlang II-II aus Figur 1,
Figur 3 ist eine der Figur 1 ähnliche Ansicht, allerdings eines sich nach oben erstreckenden Abschnitts einer anderen Füllkörpersäule,
Figur 4 ist eine Ansicht entlang IV-IV aus Figur 3 mit den Füllkörpern,
Figur 5 ist eine Graphik, die den Wirkungsgrad verschiedener Arten von Füllkörpern zeigt, und
Figur 6 ist eine Graphik, die die Stoffaustauschleistung verschiedener Kolonnenausführungen zeigt.
In den Figuren 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Füllkörpersäule mit aktivem Flüssigkeitsverteiler dargestellt, die enthält:
a) eine sich nach oben erstreckende Verkleidung 1, die aufweist:
i) einen oberen, Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt 2,
ii) einen mittleren Verkleidungsinnenabschnitt 4, der einen Strömungsweg bildet, über den aktive Flüssigkeit durch selbigen hindurch nach unten strömt und Gas durch selbigen hindurch nach oben strömt, und
iii) einen unteren, Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt 6;
b) einen Gasauslaß 8 aus der Verkleidung 1 oberhalb des Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitts 2,
c) eine Einrichtung 10 zum Verteilen von Flüssigkeit über den Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt 2,
d) einen Flüssigkeitsauslaß 12 aus dem Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt 6, der während des Betriebs gegen einen Gasaustritt abgedichtet ist,
e) einen Gaseinlaß 13 zum Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt,
f) eine Reihe poröser Böden 14 bis 16, die den gesamten Strömungsweg in dem mittleren Verkleidungsinnenabschnitt 4 in verschiedenen Höhen quer unterteilen, wobei jeder Boden 14 bis 16 Sieblochungen über die gesamte Trennfläche desselben aufweist und ein Füllkörperbett darauf trägt und während des Betriebs zusammen mit dem direkt darüber befindlichen Füllkörperbett die aktive Flüssigkeit quer über jedes vorhandene Füllkörperbett verteilt, und
g) eine Vielzahl einzelner, mit Gas/Flüssigkeit in Kontakt kommender Füllkörperelemente 18, die von jedem Boden 14 bis 16 getragen werden, wobei
i) die Füllkörperelemente 18 Füllkörperbetten 20 bis 22 bilden, wobei jedes Füllkörperbett 20 bis 22 den gesamten abgeteilten Abschnitt des mittleren Verkleidungsinnenabschnitts 4 über dem Boden 14 bis 16 ausfüllt, von dem dieses Füllkörperbett 20 bis 22 getragen wird,
die Böden Böden zum Aufschäumen und Verteilen aktiver Flüssigkeit sind, die in Funktion ein gewünschtes Maß des gesteuerten Flüssigkeitsstandes auf jedem Boden gewährleisten, um Aufschäumen oberhalb des Bodens und in der Füllung zu fördern, so daß jeder Boden 14 bis 16 zusammen mit im wesentlichen jedem gesamten Füllkörperbett 20 bis 22 und damit im wesentlichen der gesamte mittlere Verkleidungsinnenabschnitt 4 erheblich zum Gas-/Flüssigkeitskontakt in dem Gehäuse 1 beiträgt.
Die Vorrichtung 10 zum Verteilen von Flüssigkeit über den Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt 2 umfaßt ein Rohr 24 mit beabstandeten Sprühdüsen 26, mit denen Flüssigkeit auf den Füllkörpern verteilt wird.
Der Flüssigkeitsauslaß 12 umfaßt ein Rohr 27 mit einem U-förmigen Knie, das einen Flüssigkeitsverschluß an der Kolonnenbasis bildet, mit dem die Flüssigkeitsentnahme erleichtert und das Entweichen von Dampf durch das Rohr 27 verhindert wird.
In Betrieb wird Flüssigkeit auf das oberste Füllkörperbett 22 gesprüht, während Gas durch den Einlaß 13 durch das unterste Füllkörperbett 20 hindurch nach oben zugeführt wird.
Die Flüssigkeit tröpfelt durch die Füllkörperbetten 20 bis 22 in Pfeilrichtung 7 nach unten, wohingegen das Gas durch selbige in Pfeilrichtung 9 nach oben gelangt, wodurch der Gegenstromaspekt des Dampf- und des Flüssigkeitsstroms deutlich wird.
An jedem Boden 14 bis 16 bewirkt das durch die Perforationen in den Böden nach oben strömende Gas, daß unmittelbar über ihnen Flüssigkeit bis auf eine allgemein mit 23 gekennzeichnete Höhe aufgeschäumt wird. Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn sich in den Füllkörpern oberhalb des jeweiligen Bodens eine signifikante Schaumhöhe bildet. Erfindungsgemäß kann die Schaumbildung nur erreicht werden, indem ein Boden zum Aufschäumen und Verteilen aktiver Flüssigkeit verwendet wird. Mit der Bezeichnung aktiv soll der Unterschied zwischen dem vorliegenden Boden und solchen Böden hervorgehoben werden, die das Aufschäumen nicht fördern oder aufrechterhalten. Natürlich wären mit Sieblochungen versehene Böden, die keine regulierte Flüssigkeitsmenge auf dem Boden halten, als aktive Böden ausgeschlossen, da aufwärts strömender Dampf allein keinen Schaum in den Füllkörpern oberhalb des Bodens entwickeln kann. Solche Böden, die normalerweise keine Flüssigkeitsmenge aufrechterhalten, stellen die gängige Ausführung von Füllkörper-Halteböden dar, welche relativ große Perforationen aufweisen, durch die die Flüssigkeit ungehindert hindurchfließen kann und dennoch die Füllkörper oberhalb des Bodens zurückgehalten werden. Zudem können keine Böden verwendet werden, die anderweitig die Schaumbildung verhindern oder hemmen. Dazu gehören auch jene, die lediglich das Aufwärtsströmen des Dampfes durch den Boden bei gleichzeitig nur geringem oder gar keinem Abwärtsströmen von Flüssigkeit durch den Boden ermöglichen, beispielsweise Siebböden und Glockenböden, bei denen eine Querströmung von Flüssigkeit über den gesamten Boden hinweg zu einem Ablaufrohr auf der entsprechenden Seite des nächsten Bodens auftritt. Sie können hier ebenfalls nicht zum Einsatz kommen.
Bei zulässigen aktiven Böden handelt es sich folglich um jene, die das gewünschte Maß an Schaum in den Füllkörpern entwickeln können, während gleichzeitig Flüssigkeit durch den Boden auf die Füllkörper unmittelbar unter dem Boden fließen kann. Der Boden weist eine ausreichende Anzahl an Perforationen oder Öffnungen auf, die eine angemessene Umverteilung der herunterfließenden Flüssigkeit über den direkt darunterliegenden Füllkörpern gewährleisten. Selbstverständlich ist eine Vielzahl verschiedener Bodenkonfigurationen mit Öffnungen denkbar, die dieses Merkmal eines aktiven Bodens aufweisen. Am besten läßt sich diese Bodenkonfiguration anhand der perforierten Fläche des Boden charakterisieren, die zwischen 10 % und 40 % der durch den Boden unterteilten Querschnittsfläche der Kolonne ausmacht, wobei die Größe der Öffnungen im Bereich zwischen 0,125 und 1,0 Inch (3,2 bis 25,4 mm) liegt. In den Figuren 2 bis 4 sind Beispiele verschiedener Arten von Böden dargestellt. Der Boden aus Figur 2 ist den Halteböden ähnlich, die gewöhnlich an der Basis einer Füllkörperkolonne eingesetzt werden, wobei allerdings im vorliegenden Fall die Anzahl und die Größe der Perforationen in den vorgenannten Bereichen liegen. Der Boden aus Figur 4 ist dem Boden aus Figur 2 ähnlich, wobei lediglich der Querschnitt von der Oberseite abgewandelt wurde, so daß parallele Reihen von Ablaufschächten entstehen. Durch die Ablaufschächte fließt der größte Teil der Flüssigkeit nach unten und wird auf dem darunterliegenden Bett verteilt, während gleichzeitig durch die perforierten Bodenabschnitte zwischen den Ablaufschächten Dampf nach oben strömt. An den Ablaufschächten befinden sich Wehre, mit denen auf dem Boden genügend Flüssigkeit zurückgehalten wird, um die gewünschte Schaumhöhe auf dem Boden und innerhalb der Füllkörper entstehen zu lassen. Bei der Kolonne aus Figur 1 füllen die Füllkörperbetten 20 bis 22 die gesamten abgetrennten Zwischenräume des mittleren Verkleidungsinnenabschnitts 4 aus, und die perforierte Fläche und die Querschnittsflächen in den mit Sieblochungen versehenen Böden 14 bis 16 werden so gewählt, daß auf jedem Boden ein gewünschtes Maß des gesteuerten Flüssigkeitsstandes entsteht, mit dem die Schaumbildung oberhalb des Bodens und innerhalb der Füllkörper gefördert wird, wodurch jeder aktive Boden 14 bis 16 zusammen mit im wesentlichen jedem Füllkörperbett 20 bis 22 erheblich zum Gas-/Flüssigkeitskontakt in dem Gehäuse 1 beiträgt.
Die besten Ergebnisse erreicht man, wenn jeder Boden 14 bis 16 eine mit Sieblochungen versehene Fläche innerhalb des vorgenannten Bereiches hat, der vorzugsweise auf 20 % bis 40 % der durch den Boden unterteilten Querschnittsfläche eingegrenzt wird, und die Sieblochungen 17 (Fig. 2) einen Durchmesser zwischen 0,125 und 1,0 Inch (3,2 bis 25,4 mm) haben. Mit dieser Art aktiver Böden werden in Betrieb die gewünschten Schaumhöhen 23 sowie eine gewünschte Verteilung der herunterfließenden Flüssigkeit erreicht und aufrechterhalten.
Außerdem erzielt man die besten Resultate, wenn die Böden 14 bis 16 den Strömungsweg im Gehäuse 1 in Abständen zwischen 10 bis 80 Inch (250 bis 2000 mm) unterteilen.
Zu den bevorzugten Füllkörpern gehören schüttbare Füllkörper, z.B. Glitsch , Mini-rings , Norton , metal Intalox saddles sowie Füllkörper für geordnete Betten, z.B. Koch , Flexpac , York mesh , Glitsch , Goodloc und Sulzer Bx .
In den zuvor beschriebenen Figuren 3 und 4 weisen die Böden 14 bis 16 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung Ablaufschächte, wie z.B. die als 32 bis 35 gekennzeichneten für den Boden 16, auf. Jeder Ablaufschacht 32 bis 35 hat Überlaufwehre 36 und 38 sowie perforierte Seiten- und Bodenplatten, wie z.B. die Seitenplatten 40 und 42 und die Bodenplatte 44. Die Plattenanordnung funktioniert in der gleichen Weise wie der Boden aus Figur 2. Die Wehre 36 und 38 sind hoch genug, um Flüssigkeit auf der Bodenfläche oberhalb der perforierten Abschnitte 30 zwischen den jeweiligen Ablaufschächten zurückzuhalten, so daß der durch die Öffnungen 17 in Pfeilrichtung 45 nach oben strömende Dampf die gewünschte Schaumhöhe in der Füllung entstehen läßt, in Figur 3 allgemein als Stand 23 gekennzeichnet. Je nach der Bodengröße wird die Anzahl der Ablaufschächte 32 bis 35 so festgelegt, daß eine angemessene Verteilung der herunterfließenden Flüssigkeit über den unmittelbar unter dem Boden befindlichen Füllkörpern gewährleistet wird. Wie durch die Pfeile 46 dargestellt, wird die Flüssigkeitsströmung durch die Ablaufschächte gleichmäßig über die darunterliegenden Füllkörper feinverteilt.
In Prüftests der vorliegenden Erfindung wurde eine Methanol/Wasser-Destilliersäule mit 30 cm Durchmesser und 5 Böden verwendet, wobei die benachbarten Böden um 46 cm zueinander beabstandet waren. In den Tests wurde deutlich, daß bei niedrigen Methanolkonzentrationen und mehreren Böden mit jeweils 20 % Perforierungen und Strömungen in beide Richtungen, wie in Figur 2 dargestellt, zusammen mit 46 cm hohen Füllkörperbetten, gefüllt mit 25 mm Mini-rings, die äquivalente Füllkörperhöhe (HETP) 12 Inch beträgt, verglichen mit einer HETP von 30 Inch bei gleichen Füllkörpern mit herkömmlicher Füllkörper-Halteplatte. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß die vorliegende Erfindung die Leistung der Füllkörpersäule um den Faktor 2,5 verbessern kann, was dem Verhältnis zwischen der äquivalenten Füllkörperhöhe nach dem Stand der Technik zur äquivalenten Füllkörperhöhe der vorliegenden Erfindung von 30/12 entspricht.
Zum Nachweis der erfindungsgemäßen Verbesserungen bei den Säulenleistungen wurden darüber hinaus noch weitere Tests durchgeführt. Zum Trennen eines Methanol (MeOH)/Wasser (H&sub2;O)-Gemischs wurde eine Säule wie in Figur 1 eingesetzt. Dabei wurde die Effektivität verschiedener Füllkörper untersucht, um die besten für die Kolonne zu ermitteln. Die Ergebnisse aus Figur 5 zeigen, daß Mini- rings die besten Füllkörper darstellen, da sie die niedrigste äquivalente Füllkörperhöhe (HETP) aufweisen. In Figur 5 ist der F-Faktor ein Ausdruck der kinetischen Energie des Gases, welche als Uv Pv definiert ist, wobei Uv die Dampfgeschwindigkeit in m/s und Pv die Dampfdichte in kg/m² ist. Die Betriebsergebnisse der Kolonne unter den verschiedenen Bedingungen - u.a. mit den oder ohne die bevorzugten Mini-rings sind in Figur 6 dargestellt. Hierbei wird ein Leistungsvergleich zwischen dem Boden aus Figur 2 mit Strömung in beide Richtungen, einer Säule aus Mini-rings ohne jeglichen Trennboden und der Erfindung, welche Böden mit Strömung in beide Richtungen und vollständig mit Mini- rings gefüllten Zwischenräumen umfaßt, vorgenommen.
In Figur 6 entspricht der NTP/m (physikalischer Normzustand) der Anzahl der theoretischen Platten pro Meter, was dem Umkehrwert des HETP-Wertes gleichkommt: d.h. 1/HETP. Die Kurven der Daten, die aus dem Betrieb der Kolonne unter den obigen Bedingungen abgeleitet wurden, entstanden für den Wert F=1,6. Aus Figur 6 ist ersichtlich, daß der Leistungsanstieg über einem Faktor 2 liegt, wenn man einen Boden mit Strömung in beide Richtungen und einen erfindungsgemäßen Boden mit vollkommen mit Mini-rings ausgefüllten Zwischenräumen miteinander vergleicht. Gegenüber der standardmäßigen Füllung mit Mini-rings liegt die Leistung der Erfindung um einen Faktor von mindestens 1,3 höher.
Wenngleich nicht in der Graphik von Figur 6 angegeben, ist die Leistung eines Siebbodens mit einer darüberliegenden Füllkörperschicht darüber gemäß dem Vorschlag von Chen et al. (supra) etwa 1,1 mal höher als beim Betrieb des Boden mit Strömung in beide Richtungen ohne Füllkörper. Somit stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber Chen et al. (supra) einen Effektivitätsanstieg um einen Faktor von 2 oder mehr dar. Hierbei handelt es sich um eine außerordentlich beachtliche Entwicklung auf dem Gebiet des Stoffaustauschs, wenn man die 200 %ige Verbesserung mit einem 10 %igen Leistungsanstieg vergleicht, der normalerweise schon als recht bedeutend betrachtet wird.
Erfindungsgemäß wird durch das Anordnen von Böden zur Schaumbildung und Verteilung aktiver Flüssigkeit über die ganze Säule eine häufigere Umverteilung der herabfließenden Flüssigkeit gewährleistet, während gleichzeitig der Gas-/Flüssigkeitskontakt über die gesamte Säulenhöhe verbessert wird. Anders als normale Systeme, die alle 6 bis 8 m in einer Kolonne Flüssigkeitsverteiler vorsehen, schafft das erfindungsgemäße System alle 0,3 bis 0,5 m einen in dem aktiven Boden enthaltenen Verteiler. Wie bereits angeführt, kann es sich bei dem aktiven Boden um einen solchen wie in den Figuren 2 und 4 handeln, wobei natürlich der Boden mit Ablaufschacht aus Figur 4 eher für Anwendungen mit großem Durchmesser geeignet ist, z.B. über 1 m Durchmesser oder bei großen Flüssigkeits- Ablaufmengen.
Zwar wurden hier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung genau beschrieben, doch für die Fachleute auf dem Gebiet liegt es auf der Hand, daß Änderungen an ihnen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Füllkörpersäule zum Einsatz bei Gas-/Flüssigkeit- Stoffaustauschvorgängen, wobei die Säule enthält:

a) eine sich nach oben erstreckende Verkleidung (1), die aufweist:

i) einen obersten, Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt (2),

ii) einen mittleren Verkleidungsinnenabschnitt (4), der einen Strömungsweg bildet, über den aktive Flüssigkeit durch selbigen hindurch nach unten strömt und Gas durch selbigen hindurch nach oben strömt, und

iii) einen unteren, Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt (6),

b) einen Gasauslaß (8) aus der Verkleidung (1) oberhalb des Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitts (2),

c) eine Einrichtung (10) zum Verteilen von Flüssigkeit über den Flüssigkeit aufnehmenden Verkleidungsinnenabschnitt (2),

d) einen Flüssigkeitsauslaß (12) aus dem Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt (6),

e) einen Gaseinlaß (13) zum Flüssigkeit sammelnden Verkleidungsinnenabschnitt (6),

f) eine Reihe beabstandeter poröser Böden (14,15,16), die den gesamten Strömungsweg in dem mittleren Verkleidungsinnenabschnitt (4) in verschiedenen Höhen quer unterteilen, wobei jeder Boden (14,15,16) Sieblochungen über die gesamte Trennfläche desselben aufweist und ein Füllkörperbett (20,21,22) darauf trägt,

g) eine Vielzahl einzelner, mit Gas/Flüssigkeit in Kontakt kommender Füllkörperelemente (18), die von jedem Bett (14,15,16) getragen werden,

h) dadurch gekennzeichnet, daß:

i) die Füllkörperelemente (18) Füllkörperbetten (20,21,22) bilden, wobei jedes Füllkörperbett den gesamten abgeteilten Abschnitt des mittleren Verkleidungsinnenabschnitts (4) über dem Boden ausfüllt, von dem dieses Füllkörperbett getragen wird, und

ii) die Böden (14,15,16) Böden zum Aufschäumen und Verteilen aktiver Flüssigkeit sind, die in Funktion ein gewünschtes Maß des gesteuerten Flüssigkeitsstandes auf jedem Boden (14,15,16) gewährleisten, um Aufschäumen (23) oberhalb des Bodens und in der Füllung (18) zu fördern und Neuverteilung und Abwärtsströmen von Flüssigkeit durch die Sieblochungen jedes Bodens zu fördern, so daß jeder Boden zusammen mit im wesentlichen jedem gesamten Füllkörperbett (20,21,22) und damit im wesentlichen der gesamte mittlere Verkleidungsinnenabschnitt (4) erheblich zum Gas-/Flüssigkeitskontakt in dem Gehäuse (1) beiträgt,

iii) jeder der Böden (14,15,16) das gewünschte Maß des gesteuerten Flüssigkeitsstandes mittels einer mit Sieblochungen versehenen Fläche in dem Boden gewährleistet, die Abwärtsströmen von Flüssigkeit ermöglicht, wobei auf der Platte der Flüssigkeitsstand aufrechterhalten wird, so daß Aufwärtsströmen von Dämpfen durch die mit Sieblochungen versehene Fläche Aufschäumen (23) der Flüssigkeit in der Füllung bewirkt, wobei jeder Boden (14,15,16) eine mit Sieblochungen versehene Fläche im Bereich von 10 % bis 40 % der Querschnittsfläche aufweist, die von diesem Boden abgeteilt wird, wobei jede Sieblochung (17) einen Durchmesser im Bereich von 3,2 bis 25,4 mm aufweist.

2. Füllkörpersäule nach Anspruch 1, wobei die mit Sieblochungen versehene Fläche im Bereich von 20 % bis 40 % liegt.

3. Füllkörpersäule nach Anspruch 1, wobei die Böden (14,15,16) den Strömungsweg in der Verkleidung in Höhen im Bereich von 20 bis 200 cm unterteilen.

4. Füllkörpersäule nach Anspruch 1, wobei jeder Boden (14,15,16) eine Vielzahl paralleler, beabstandeter Mulden (32,33,34,35) mit Wehren (36,37) enthält, die eine Vielzahl von Ablaufschächten (32,33,34,35) in dem Boden bilden, wobei die Wehre (36,38) so hoch sind, daß ein ausreichender Flüssigkeitsstand entsteht und aufrechterhalten wird, der durch die nach oben strömenden Dämpfe aufgeschäumt wird.

5. Füllkörpersäule nach Anspruch 1, wobei die Füllung (18) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Miniringen, Sätteln oder geordneten Füllungen besteht.

6. Füllkörpersäule nach Anspruch 5, wobei die Füllung (18) aus Miniringen besteht.

7. Füllkörpersäule nach Anspruch 6, wobei die Stoffaustauschleistung des Bodens (14,15,16) und der Füllung (18) im Bereich von vier theoretischen Platten pro Meter liegt.