WO2016037941A1 - Bodengruppe für eine stoffaustauschkolonne - Google Patents

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WO2016037941A1
WO2016037941A1 PCT/EP2015/070248 EP2015070248W WO2016037941A1 WO 2016037941 A1 WO2016037941 A1 WO 2016037941A1 EP 2015070248 W EP2015070248 W EP 2015070248W WO 2016037941 A1 WO2016037941 A1 WO 2016037941A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lock
floor
liquid
gas
chimney
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/070248
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner GIESE
Stefan Hädicke
Egon SCHMIDT
Torsten ANDRES
Jürgen PASCHOLD
Alexey Shilkin
Original Assignee
Basf Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Se filed Critical Basf Se
Publication of WO2016037941A1 publication Critical patent/WO2016037941A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/18—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal bubble plates
    • B01D3/20—Bubble caps; Risers for vapour; Discharge pipes for liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/163—Plates with valves

Definitions

  • the invention is based on a tray assembly for a mass transfer column comprising an upper tray and a lower tray, wherein a gate is formed between the upper tray and the lower tray such that there is liquid on the upper tray during a gas flow , which is traversed by the gas, runs in interruption of the gas flow into the lock and runs on restarting the gas flow from the lock on an underlying upper floor or in the bottom of the mass transfer column.
  • a mass transfer column comprising at least one bottom group with an o Beren and a lower floor, between which a lock is formed, is known for example from EP 2 033 698 A1, EP 2 027 901 A1 or RU 2 237 508 C1.
  • the bottom groups described here comprise an upper and a lower separating tray, each having valves designed so that a gas can flow through the separating tray and, when the flow of gas is interrupted, liquid flows from the upper tray into the lock and when the gas is supplied again the lock on the underlying separating floor.
  • the valves disclosed in these documents each comprise a closing element which comprises two valve disks which are connected to one another by a spacer web.
  • an outlet opening is closed off from the valve with the lower valve disk, through which liquid can flow from the lower floor to the separating floor underneath.
  • the second valve disk is in a position that allows the liquid to flow from the upper floor into the lock.
  • the closing element is raised, so that gas can first flow into the lock through the lower opening in the valve and then flow around the lower valve plate through openings in the valve housing through the lock in the direction of the upper floor, the gas on the upper floor through the liquid standing on the floor.
  • the upper and the lower bottom are firmly connected by the valves and form a single unit.
  • bypass flows can occur if not all valves in a floor open. These bypass flows can lead to unequal gas loading of the upper floor and reduce the separation efficiency. If not all gate valves close, the liquid can not be held in the lock and rain on the underlying upper floor. Thereby, the depleted liquid leaks a step, thereby deteriorating the mass transfer performance of the whole column.
  • Another disadvantage is the complex installation of the complex floor packages when the upper and the lower floor together with the valves form a component.
  • the individual components could be installed separately, but this entails high demands on the alignment of the upper and the lower floor with each other.
  • valves are formed only in the lower bottom of a floor group, but these are mechanically opened and closed from the outside. This has the disadvantage that, in contrast to valves that are opened by the gas flow, additional energy must be introduced. In addition, a passage for a control rod, with which the valves are opened and closed, necessary, which requires a seal.
  • the object of the present invention is therefore to provide a floor assembly for a mass transfer column having an upper floor and a lower floor, between which a lock is formed which does not have the disadvantages known from the prior art.
  • a bottom group for a mass transfer column comprising an upper floor and a lower floor, wherein between the upper floor and the lower floor a lock is formed, so that during a gas flow is liquid on the upper floor, of the gas is flowed through, the liquid expires when interrupting the flow of gas into the lock and runs on restarting the flow of gas from the lock, the upper floor is a separating bottom and in the lower bottom lock valves are included, which are opened by the gas flow and at interruption Close the gas flow again.
  • the valves can be designed much less complex than in the known from the prior art Stofforko- for cyclic mass transfer processes. In particular, it is not necessary to provide two valve plates, so that tilting of the closing element can be counteracted thereby.
  • the design according to the invention wherein the lower bottom contains lock valves and the upper floor is designed as a separating floor and thus, the lower floor and the upper floor are not structurally connected to each other, also referred to as decoupled.
  • a further advantage of the design according to the invention is that blocking a gate valve in the lower floor in the open or closed state does not simultaneously result in the valve also remaining open or closed in the upper floor.
  • the upper and lower bottoms are independent of one another, so that blocking a lock valve in the lower floor has no influence on the function of the upper floor. Also, it is possible to separately mount the individual gate valves and the trays without the high demands placed on the orientation in the valves known from the prior art which connect the upper and lower trays.
  • the upper floor is also referred to as a separating floor and the lower floor as a lock floor.
  • the lock valves are designed so that liquid flowing out of the lock when opening the lock valves and the gas flow flow along different flow paths.
  • valves it is also possible to use valves as valves in which gas and liquid flow along a common flow path.
  • embodiments are preferred with different flow path for gas and liquid.
  • gas / liquid mass transfer processes are usually carried out.
  • gas / liquid mass transfer process in the context of the present invention, all mass transfer processes are referred to, which are carried out in columns with suitable internals, usually trays, in which a liquid is thoroughly mixed with the gas and generally the liquid by gravity down flows and the gas flows in the opposite direction in the column upwards.
  • gas / liquid mass transfer processes are, for example, distillation, rectification, absorption or stripping (desorption).
  • this also includes chemical reactions in which at least one educt stream is gaseous and one educt current is liquid.
  • the term "gas” is to be understood as meaning all gaseous substances, in particular also steam.
  • the F-factor is usually used. This is calculated from the product of the gas density and the square root of the gas empty tube velocity and carries the unit Pa 0 5 .
  • the liquid load is reported as sprinkling density and is calculated from the liquid volume flow relative to the column cross-section. She wears the unit m / h. Due to the decoupling of the lock bottom and the dividing floor, both floors can be adjusted independently of each other according to the process requirements.
  • the known areas of application with regard to gas load (F-factor) and liquid load (wi_) apply.
  • the gas load is described by the F-factor. This can vary in contrast to the upper floor depending on the embodiment described below and the number of installed elements between 0.5 and 3.5 Pa 0 5 . In order to achieve the greatest possible capacity in the column F-factors are greater than 1, 5 preferred 5 Pa 0 '.
  • the holdup in the lock downwards is not limited.
  • the floor assembly of the invention can be used in mass transfer processes in all pressure ranges.
  • use in a vacuum due to the supposedly high pressure loss of the separation and lock bottoms is not the preferred application.
  • Applications in the atmospheric range up to the high-pressure range are more suitable with regard to the pressure loss.
  • the term "separation bottom" in the context of this invention only soils to understand, of which runs in a gas flow no liquid, and the
  • trays are to be used as trays requiring drainage openings, such as valve trays, bubble trays, or tunnel trays, it is necessary that the trays are drained during drainage
  • Such trays are, for example, trays or valve trays where the valves do not close completely when the gas supply is interrupted, or valve trays with fixed valves. So that the liquid can drain off in the case of valve bottoms without drain valves, if no gas flow prevails, it is preferred if the valves terminate flush with the surface of the upper bottom on their upper side.
  • the upper bottom is a valve bottom or a sieve bottom.
  • the lock valves in the lower floor comprise a chimney connected to the lower floor and a closing element designed as a hood, the closing element enclosing the chimney. Due to the design of the lock valve with chimney and executed as a hood closing element can be realized different flow paths for the liquid and the gas.
  • the fireplace is designed so that it limits a liquid drain on its inside. The liquid thus drains outside the chimney, at the same time gas in the interior of the chimney can flow in the opposite direction to the liquid. This largely avoids that liquid is entrained with the gas flow.
  • To install the fireplace at the bottom it is possible, for example, to provide webs with which the chimney is attached to the lower floor.
  • the chimney preferably extends down into the space below the lower floor.
  • At least one drainage channel is formed in the lower bottom next to the carafe, wherein the drainage channel is flush with the upper side of the lower base and has a lower opening, so that liquid with the gate valve open through the drainage channel can drain from the bottom, wherein the closing element is designed so that the drainage channel is also closed by the closing element when the lock valve is closed.
  • a drainage ring is mounted below the lower floor, which has an annular base, on the inner edge of which the chimney is attached and which furthermore has an annular wall on the lower floor. is solidified, wherein in the annular wall openings are formed through which the liquid can drain.
  • the annular wall and webs or pins may be provided with which the annular bottom of the drain ring is fixed to the lower floor.
  • the webs or pins and the Ka- min openings for liquid drainage are formed in the lower bottom.
  • an annular opening which encloses the chimney.
  • At least one drainage profile is formed in the chimney, wherein the liquid can flow into the drainage profile through an opening above the lower floor and can drain through an opening at the bottom of the drainage profile.
  • the drainage profile can be realized, for example, by forming indentations running in the vertical direction in the chimney. When the lock valve is closed, the indentations are closed by the hood, so that no liquid can drain from the bottom.
  • a first stop is formed on the chimney and a second stop is formed on the closing element, wherein the second stop bears against the first stop when the lock valve is open.
  • the first stop at the chimney can be designed, for example, as a flanged edge or in the form of pins which protrude from the chimney. It is preferred to design the chimney with a diameter extension in order to form the first stop.
  • the second stop on the hood is formed for example in the form of a flanged edge.
  • openings are formed in the hood.
  • the openings are arranged in such a way that they are closed by the wall of the chimney when the lock valve is closed and are positioned above the chimney when the lock valve is open, so that the gas can flow out of the chimney through the openings in the hood.
  • the size and number of openings in the lid is to be chosen so that the gas flow and the surface of the lid are still sufficient to lift the hood.
  • Advantage of at least one opening in the lid of the hood is that a pressure equalization in the column can be done through the opening with closed lock valves.
  • the hood is furthermore designed such that it closes the openings through which the liquid drains from the lower floor.
  • the hood rests with a closing edge on the lower floor.
  • the hood can also rest with the designed in the form of a flanged edge stop on the lower floor and thus close the openings for the liquid drain.
  • the sluice valves have a double chimney, which has two concentric shells, between which a gap is formed, the gap having on its underside openings through which gas can flow into the gap, and the Furthermore, has channels that terminate flush on its underside with the lower bottom, can flow through the liquid from the lower bottom in the space enclosed by the inner shell interior.
  • the liquid flows through the chimney and the gas through the openings surrounding the chimney on its outside.
  • the closing element is designed as a hood with an inner and an outer sheath in a first variant, wherein openings are formed in the outer shell through which gas can flow from the gap into the sheath with the lock valve open and with the inner sheath when the lock valve is closed, the channels are closed.
  • the channels which are guided through the double chimney can, for example, be in the form of a pipeline section of any desired cross-section.
  • a cross section is preferred in which the upper surface of the lower bottom forms the bottom of the pipe section.
  • the pipe section is completely enclosed so that no liquid can enter the gap formed by the inner and outer sheaths.
  • the lock valves on a swing flap as a closing element wherein the axis of the swing flap is arranged so that with an open lock valve on each side of the axis an opening is released and the swing flap on one side of the axis in the lock and on the the other side of the axle protrudes into the area below the lock.
  • the arrangement of the axle so that an opening is released on each side of the axle allows the gas to flow through one opening when opened and the other through the opening.
  • a gas fireplace positioned, wherein the gas fireplace has a height which is greater than the maximum liquid level in the lock during normal operation of the mass transfer column.
  • the gas chimney prevents a rapid flow of the gas displaced by the gas in the direction of the gas chimney.
  • the gas fireplace is preferably closed on its upper side with a lid.
  • the opening cross section of the openings in the wall of the gas chimney is preferably selected so that it is at least as large as the opening cross section of the opening released by the swing flap, through which the gas flows.
  • a further separation of liquid flow and gas flow can be achieved by positioning a downcomer below the part of the swing flap which projects into the region below the lock when the sluice valve is open. Through the downcomer, the liquid first passes well below the opening in the lower bottom in contact with the countercurrent gas, so that a remplisstechniksmitriss can be avoided with the gas.
  • a corresponding design of the downcomer and in particular the positioning of the drain opening from the downcomer also a targeted Abiaufraum for the liquid adjustable so that the liquid leaves the downcomer, for example, on the opening through which the gas flows, side facing away.
  • the siphon is preferably provided with idling bores. These are preferably dimensioned so that the functionality of the siphon is not affected during the gassing phase and the only short breaks in which the gas supply is interrupted in cyclic operation. This can be realized by making the idler holes in such a small diameter that the liquid runs only very slowly over a period of time that significantly exceeds the period of interruption of the gas supply.
  • lock valves which have a swing flap as closing element, it is further preferred to minimize the number of lock valves.
  • the susceptibility of the locks to failure decreases because, with the same pressure loss, a higher gas flow is available for opening the swing flaps.
  • a too small number of gate valves leads to a very unevenly distributed gas Flow of the upper soil and considerable cross flows on the lower soil and in the lock.
  • the number of swinging flaps can therefore be optimized between the number needed to obtain only small cross flows and a slight unequal distribution of the gas flow on the upper floor and the number which ensure a sufficiently high gas flow for opening.
  • the swing flap is preferably mounted with an eccentrically arranged axis. This closes the swing flap due to its own weight, if no liquid in the lock.
  • the eccentric offset is chosen so that the pressure force of the liquid is not sufficient even at maximum level in the lock to open the swing flap.
  • weights to the swing flap in a centered arrangement of the axle to prevent the swing flap from being opened by the pressure force of the fluid.
  • the swing flap is designed so that it is opened only by the gas flow.
  • the condenser should also be separated from the column by a control valve synchronized with the control valve of the evaporator, preferably likewise a quick-acting valve. In this way, the gas phase is trapped in the column.
  • the vapor is preferably temporarily stored in an external or in the evaporator integrated buffer container. The volume of this buffer container depends on the time that the gas supply is interrupted in the column. In addition, the switching delay must be taken into account.
  • the volume of the buffer container is preferably designed so that the maximum pressure in the buffer tank does not exceed twice the operating pressure at the bottom of the column.
  • the synchronized control valves on the evaporator and condenser are reopened.
  • opening the control valves on the one hand, a vapor stream from the column is formed in the condenser and, at the same time, high-pulse steam flows into the column from the buffer vessel due to the built-up pressure.
  • the mass transfer process performed in the column is absorption, the same procedure is used. In this case, however, the synchronized valves ensure that the pressure compensation and thus the overflow time are realized as quickly as possible.
  • breakwater on the bottom plate Suitable breakwaters are already being installed on dual-flow trays and are known to the person skilled in the art. Usually, such breakwaters are designed in the form of a web on the ground.
  • FIG. 1 shows a base group with a valve bottom as separating base with opened lock valves
  • FIG. 2 shows the floor assembly according to FIG. 1 with closed lock valves
  • FIG. 3 shows a base group with a sieve bottom as separating base
  • FIG. 4 shows an open lock valve with a chimney and a closure element designed as a hood on the lower floor
  • FIG. 5 shows a lock valve according to FIG. 4 in the closed position
  • FIG. 6 shows an open lock valve with a chimney and a closure element designed as a hood in a second embodiment variant
  • FIG. 7 shows a lock valve according to FIG. 6 in the closed position
  • FIG. 8 shows an open lock valve with a chimney and a closure element designed as a hood in a third embodiment variant
  • FIG. 9 shows a lock valve according to FIG. 8 in the closed position
  • FIG. 10 shows a lower termination of a fireplace with constant diameter extension
  • FIG. 12 shows a lock valve according to FIG. 11 in the closed position
  • FIG. 13 shows a double-chamber lock valve in a second embodiment
  • FIG. 14 shows a lock valve with a chimney and a closing element designed as a hood in a fourth embodiment variant
  • FIG. 15 shows a cross-sectional view of the chimney of the lock valve shown in FIG. 14,
  • FIG. 16 shows a lock valve with a chimney and a closure element designed as a hood in a fifth embodiment variant
  • FIG. 17 shows a cross-sectional view of the chimney and the drainage channels of the lock valve shown in FIG. 16, FIG.
  • FIG. 18 shows a lock valve designed as a swing flap in a first embodiment
  • FIG. 19 shows a lock valve embodied as a swing flap in a second embodiment
  • Figure 20 shows a section of a floor assembly with a designed as a swing flap
  • FIG. 21 a lock valve designed as swing flap with gas chimney and downcomer
  • FIG. 22 shows a lock valve designed as swing flap with gas chimney and downcomer with siphon.
  • FIG. 1 shows a base group with a valve bottom as a separating base with opened lock valves.
  • a floor assembly 1 comprises a lower floor 3, which is also referred to as lock floor and an upper floor 5, which is also referred to as a separating floor. From the lower bottom 3 and the upper bottom 5, a lock 7 is limited.
  • a corresponding soil group is used in particular as a separation-effective installation in a mass transfer column, in which a gas / liquid mass transfer process is performed. Typical gas / liquid mass transfer processes are distillation, rectification, absorption, extraction or stripping.
  • the mass transfer process in which the soil group 1 is used, is carried out cyclically.
  • gas flows through the column from bottom to top during a first phase, with liquid being on the top bottom 5.
  • the upper bottom 5 is designed so that no liquid through the upper bottom 5 rains due to the gas flow.
  • the gas flow is interrupted. This causes the liquid to drain into the lock 7. So that the liquid remains in the lock, 3 lock valves 9 are accommodated in the lower bottom. As long as no gas flows closed the lock valves 9 drain holes 1 1 in the lower bottom 3, through which the liquid can drain out of the lock. As soon as the gas flow starts again, the lock valves 9 are opened on the lower floor 3, so that the liquid can drain from the lock 7.
  • the upper bottom 5 is designed in the embodiment shown in Figure 1 as a valve bottom. This includes valves 13 which are opened by the gas flow.
  • the valves 13 opened by the gas flow comprise a valve disk 15 with which a valve opening 17 in the upper floor 5 is released as long as gas flows.
  • a drain valve 19 is provided in the upper bottom 5, which also has a valve plate 21 as a closing element, which is closed, however, as long as gas flows.
  • the valve disk 21 is pressed from below by the gas flow against the upper bottom 5.
  • the lock valves 9 comprise, in the embodiment shown here, a chimney 23 and a closing element 25 designed as a hood, which surrounds the chimney 23.
  • FIG. 2 shows a floor assembly according to the embodiment shown in FIG. 1 with closed lock valves.
  • valves 13 on the upper floor and the drain valves 19 of the upper floor open, so that the liquid can drain through the drain valves 19 in the lock 7. Due to the lack of gas flow also close the lock valves 9 of the lower floor 3, so that the liquid remains in the lock 7.
  • the corresponding valve positions can be seen in the illustration in FIG. Only with a renewed start of the gas flow open the lock valves 9 on the lower floor and give the drain holes 1 1 free, so that the liquid can drain from the lock. Due to the gas flow, the valves 13 also open on the upper floor 5 and the drain valves 19 of the upper floor are closed, so that a new cycle can be performed. The valve position then corresponds again to that shown in FIG.
  • drain valves 19 in the upper floor 5 it is also possible to make the valves 13 so that they do not completely close the openings 17 when the gas flow is interrupted. In this case, the liquid can then drain through the valves 13 in the lock, as soon as no more gas flows. Again, it is possible to additionally provide drain valves in the upper floor 5. It is also possible to use fixed valves instead of or in addition to the valves shown here.
  • FIG. 3 Another alternative for the upper floor 5 is shown in FIG.
  • the upper floor shown in FIG. 3 is not designed as a valve bottom but as a sieve bottom. If the upper bottom 5, as shown in Figure 3, is designed as a sieve bottom, it is necessary to dimension the openings so that during the gas flow no liquid can drain through the openings. The dimensioning of the openings results from the gas flow, the Pressure drop across the bottom 5 and the maximum height of the liquid on the upper bottom 5.
  • the design is analogous to the design of trays in conventional sieve tray columns.
  • the lock valves 9 of the lower floor are shown in detail in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 once in the open and once in the closed position.
  • the lock valve 9 is shown in the open position.
  • the gas flows inside the chimney 23 upwards. Due to the gas flow formed as a hood closing element 25 is raised.
  • a first stop 27 is formed on the chimney and a second stop 29 is formed on the closing element 25.
  • the first stop 27 is formed by a sudden diameter extension of the chimney 23.
  • the second stop 29 on the closing element 25 can be designed, for example, as a flanged edge, as shown here. In the open position, the second stop 29 abuts on the first stop 27, so that thereby the stroke movement of the closing element 25 is limited.
  • openings 31 are formed in the closing element designed as a hood.
  • the openings are positioned so that they are above the upper edge 33 of the chimney 23 when the lock valve 9 is open.
  • the upper edge 33 of the chimney 23 is so high that it protrudes at maximum fluid level in the lock 7 on the liquid in the lock 7. During the opening of the lock valve 9 is avoided in this way that liquid can penetrate through the openings 31 in the chimney 23.
  • an outlet ring 35 is mounted below the lower floor 3.
  • the drain ring 35 has an annular bottom 37, on the inner edge of the chimney 23 is mounted.
  • the chimney 23 thus forms an inner wall of the drain ring 35 through which no liquid can flow.
  • the annular bottom 37 is fastened to the lower floor 3.
  • openings 41 are formed through which the liquid can drain from the drain ring 35.
  • the closing element 25 As soon as the gas flow is interrupted, the closing element 25, as shown in FIG. 5, moves downwards. As a result, the openings 31 in the closing element 25 move over the chimney 23, so that they are closed. At the same time, the closing element 25 is designed so that the drainage openings 1 1 are closed in the lower bottom 3.
  • the second stop 29 designed as a flanging edge it is possible for the second stop 29 designed as a flanging edge to rest on the lower base 3 and thus to close off the discharge openings 11.
  • the outer diameter of the closing element 25 designed as a hood is larger than the diameter of the line enclosing the drainage openings 11, if several drainage openings are provided. With only one drain opening 1 1 surrounds this preferably annular the chimney 23 and the diameter of the designed as a hood closing element 25 is larger than the outer diameter of the drain opening 1 in this case.
  • FIGS. 6 and 7 a lock valve of the lower floor in a second embodiment is shown once in the open and once in the closed position.
  • the outlet ring 35 is designed such that the annular outer wall has no openings and openings 43 are provided in the annular bottom for this purpose. through which the liquid can drain.
  • the drain openings 11 for the liquid are closed with the lock valve 9 closed, in that the second stop 29 designed as a beading edge rests on the lower floor 3.
  • Figures 8 and 9 show a gate valve of the lower floor in a third embodiment in the open and in the closed position.
  • the closing element is not designed as a hood with openings in the upper area.
  • the closing element 25 has a hood-shaped cover 45 which encloses the chimney 23 when the lock valve 9 is closed.
  • the openings 31 are formed through which the gas can flow out of the chimney into the lock 7.
  • the hood-shaped cover 45 is connected to a ring 49.
  • the ring 49 is designed so that it closes the drain openings 1 1 when the lock valve 9 is closed.
  • the ring 49 acts as a second stop when the lock valve 9 is open, with which the lifting movement of the closing element 25 is limited.
  • the closing element 25 preferably comprises at least 3, in particular 3 or 4 connecting struts 47 with which the cover and the ring 49 are connected.
  • the drainage ring 35 can be designed both as in FIGS. 4 and 5 or alternatively as in FIGS. 6 and 7.
  • Figure 10 shows a lower end of a fireplace with a constant diameter extension.
  • the drain ring 35 In contrast to the embodiments illustrated in FIGS. 4 to 9, it is also possible not to design the drain ring 35 with a flat annular base 37, but rather to provide a continuous diameter enlargement downwards.
  • the diameter enlargement can, as shown in FIG. 10, be designed, for example, in the form of a curve 51.
  • FIG. 1 1 An embodiment of the sluice valve with double chimney is shown in Figure 1 1 in the open position and in Figure 12 in the closed position.
  • the gas outside and the liquid through the inner opening.
  • the advantage of this embodiment is that the gas does not have to cross the liquid in order to be able to flow upwards through the chimney, so that the risk of liquid tears is further minimized.
  • the chimney has an outer jacket 53 and an inner jacket 55. At the bottom are located between the outer shell 53 and the inner shell 55 gas inlet openings 57. Between the outer shell 53 and the inner shell 55 channels 59 are formed by the liquid with open lock valve liquid from the lower bottom 3 in the enclosed by the inner shell 55 Room 61 can flow. So that the entire liquid can drain out of the lock, close the channels 59 on its underside flush with the lower bottom 3 from this. In the gap 63 formed by the inner shell 55 and the outer shell 53, the channels 59 are closed from all sides, so that no liquid from the channels with the gas flow in the gap 63 can be entrained.
  • the channels 59 can have any desired cross section, preferred are cross sections with a flat bottom, for example rectangular or semicircular cross sections.
  • the closing element 25 in the embodiment shown here has an outer jacket 67 and an inner jacket 69.
  • the openings 31 are formed, through which the gas can flow from the gap 63 into the lock 7 when the lock valve is open.
  • the inner jacket 69 of the closing element is designed so that it closes the channels 59 with the lock valve closed.
  • the outer jacket 67 runs inside on the outer jacket 53 of the double chimney and the inner jacket 69 of the closing element 25 along the inside of the inner jacket 55 of the double chimney.
  • the inner jacket 69 of the closing element 25 is dimensioned such that it closes the channels 59 on the inside. Through the inner jacket 69 of the closing element and the cover 71 of the hood, it is avoided that gas can flow through the space 61 enclosed by the inner jacket 55 when the lock valve is open.
  • a closing element 25 as a hood which is guided externally on the outer jacket.
  • the closing element has a jacket 73, which is dimensioned such that in each case the inlet from the lower bottom into the channels 59 is closed when the lock valve is closed.
  • the openings 31 are formed in the jacket 73, which protrude over the outer jacket 53 of the double chimney when the sluice valve is open, so that the gas from the gap 63 passes through the openings 31 into the sluice can flow.
  • the openings 31 are closed by the outer jacket 35 of the double chimney.
  • FIG. 14 shows a lock valve with a chimney and a closure element designed as a hood in a fourth embodiment
  • FIG. 15 shows a cross-sectional view of the chimney of the lock valve shown in FIG.
  • no drainage ring for the liquid is provided in the embodiment illustrated in FIGS. 14 and 15.
  • drainage profiles 76 are formed in the chimney 23 in the embodiment shown here.
  • the designed as a hood closing element 25 is designed so that when the lock valve closed, the inlet openings 79 are closed in the outlet profiles 76 and released with the lock valve open.
  • openings 31 are formed in the closing element, which openings are opened when the lock valve is open. will give, so that the gas flow from the chimney 23 through the openings 31 can flow into the lock.
  • the number of drainage profiles 76 is dependent on the width of the drainage profiles 76 and the outer circumference of the chimney 23.
  • the sum of the width of all drainage profiles 76 must be smaller than the outer circumference of the chimney 23. It is preferred if the drainage profiles 76 are arranged uniformly over the circumference of the chimney 23.
  • no drainage profiles 76 are formed in the chimney 23 but separate drainage shafts 77, which are mounted below the lower floor 3.
  • a drain opening 1 1 whose cross-section corresponds to the cross section of the downcomer 77, opens into the downcomers 77.
  • the lock valve When the lock valve is open, the liquid can flow through the drain holes 1 1 in the drain holes 77 and from the drain holes 77 through the drain holes 81 into the space below the lower floor.
  • annular extension 83 is formed on the closing element 25 designed as a hood, which rests on the drain holes 1 1 with the lock valve closed and closes it.
  • the first stop 27 is formed on the chimney 23 as a stop ring and the second stop 29 on the sleeve is formed by the annular extension 83, which extends beyond the jacket of the sleeve inwardly in the direction of the chimney 23 protrudes.
  • the swing flap 85 is mounted eccentrically on an axis 91 in an opening of the lower floor.
  • the swing flap 85 centrically on the axis 91 and to influence the opening behavior with weights.
  • gas flows, it acts on the upward swinging part of the swing flap 85 and the gas pressure opens the swing flap 85.
  • the liquid acts on the downwardly opening part of the swing flap 85, so that the liquid flows through the downwardly swinging part of the swing flap can expire.
  • FIG. 20 shows a section of a floor assembly with a lock valve designed as a swing flap in the lower floor.
  • the upper bottom 5 is designed in the embodiment shown in Figure 20 as a sieve bottom. So that the swing flap 85 is limited in the lower bottom in its opening angle, a stop 95 is mounted on the lower bottom in the embodiment shown in Figure 20, against which the swing flap 85 abuts in the open position.
  • the opening cross-section and the swing flap 85 can take any shape.
  • the opening cross-section and the swing flap round, oval, rectangular, trapezoidal or polygonal.
  • the opening cross-section and swing flap have the same shape.
  • FIG. 21 shows a lock valve designed as a swing flap with a gas chimney and downcomer.
  • a gas chimney 97 is mounted in the embodiment shown in FIG. 21 above the range of the swing flap which opens into the lock and through which the gas flows.
  • the gas chimney 97 has above the maximum liquid level 99 in the lock 7 openings 101 through which the gas from the gas chimney 97 can flow into the lock 7. So that no liquid flows from the upper floor into the gas chimney 97 when the gas supply is interrupted, the gas chimney 97 is closed at the top with a cover 103. Furthermore, the openings 101 are positioned so that even at maximum liquid level 99 in the lock 7 no liquid can flow into the gas chimney 97.
  • FIG. 22 shows a designed as a swing flap lock valve with gas fireplace and drain with siphon.
  • the liquid drain from the downcomer 105 is designed in the form of a siphon 109.
  • the bottom 1 13 of the downcomer 105 protrudes on the axis 91 of the swing flap 85 on the outer wall 1 15 of the downcomer 105 addition. Outside the outer wall 1 15, the bottom 1 13 concludes with an overflow weir 1 1 1. Between the bottom 1 13 and the outer wall 1 15 there is an opening 1 17, wherein the weir overflow 1 1 1 is so high that this projects beyond the upper edge of the opening 1 17.
  • this design is always on the floor 1 13 of the downcomer 105 liquid whose liquid level corresponds to the height of the overflow weir 1 1 1.
  • the siphon may also have any other suitable shape known to those skilled in the art.
  • the upper floor may be designed independently of the lower floor.
  • a valve bottom instead of the valve bottom shown in FIGS. 1 and 2, a sieve bottom and instead of the sieve bottom shown in FIGS. 3 and 20, a valve bottom can also be used.
  • a bell bottom or tunnel floor with drain valves as the upper floor 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodengruppe für eine Stoffaustauschkolonne, umfassend einen oberen Boden (5) und einen unteren Boden (3), wobei zwischen dem oberen Boden (5) und dem unteren Boden (3) eine Schleuse (7) gebildet wird, so dass während einer Gasströmung Flüssigkeit auf dem oberen Boden (3) ist, die von dem Gas durchströmt wird, die Flüssigkeit bei Unterbrechung der Gasströmung in die Schleuse (7) abläuft und bei erneutem Starten der Gasströmung aus der Schleuse (7) abläuft. Der obere Boden (5) ist ein Trennboden und im unteren Boden (3) sind Schleusenventile (9) aufgenommen, die durch die Gasströmung geöffnet werden und bei Unterbrechung der Gasströmung wieder schließen.

Description

Bodengruppe für eine Stoffaustauschkolonne Beschreibung Die Erfindung geht aus von einer Bodengruppe für eine Stoffaustauschkolonne, umfassend einen oberen Boden und einen unteren Boden, wobei zwischen dem oberen Boden und dem unteren Boden eine Schleuse gebildet wird, so dass während einer Gasströmung Flüssigkeit auf dem oberen Boden ist, die von dem Gas durchströmt wird, bei Unterbrechung der Gasströmung in die Schleuse abläuft und bei erneutem Starten der Gasströmung aus der Schleuse auf einen darunter liegenden oberen Boden oder in den Sumpf der Stoffaustauschkolonne abläuft.
Durch den Einsatz der Bodengruppe mit einem oberen und einem unteren Boden, zwischen denen eine Schleuse gebildet wird, in die die Flüssigkeit bei Unterbrechung der Gaszufuhr läuft, lässt sich eine sogenannte„zyklische Destillation" durchführen, die den Vorteil hat, dass es nicht durch von einem Boden ablaufende Flüssigkeit zu Rückvermischungen kommt. Es läuft immer die gesamte Flüssigkeit von einem Boden ab, während der Stoffaustauschprozess durch Unterbrechung der Gaszufuhr unterbrochen wird. Hierdurch kann die Effizienz des Stoffaustauschprozesses erhöht werden. Stoffaustauschkolonnen, die entsprechende Bodengruppen als trennwirksame Einbauten enthalten, können bei allen Stoffaustauschprozessen eingesetzt werden, bei denen eine Flüssigkeit von einem Gas durchströmt wird. Dies sind zum Beispiel Destillationen, Rektifikationen, Absorptionen, Desorptionen, Extraktionen oder auch chemische Reaktionen. Eine Stoffaustauschkolonne, die mindestens eine Bodengruppe mit einem oberen und einem unteren Boden, zwischen denen eine Schleuse gebildet wird, umfasst, ist zum Beispiel aus EP 2 033 698 A1 , EP 2 027 901 A1 oder RU 2 237 508 C1 bekannt. Die hier beschriebenen Bodengruppen umfassen einen oberen und einen unteren Trennboden, die jeweils Ventile aufweisen, die so gestaltet sind, dass ein Gas durch den Trennboden strömen kann und bei Unter- brechung der Gasströmung Flüssigkeit vom oberen Boden in die Schleuse fließt und bei erneuter Gaszufuhr aus der Schleuse auf den darunterliegenden Trennboden. Die in diesen Dokumenten offenbarten Ventile umfassen jeweils ein Schließelement, das zwei Ventilteller umfasst, die mit einem Distanzsteg miteinander verbunden sind. In einer ersten Stellung des Schließelementes wird mit dem unteren Ventilteller eine Auslauföffnung aus dem Ventil verschlossen, durch die Flüssigkeit vom unteren Boden auf den darunterliegenden Trennboden ausströmen kann. Gleichzeitig befindet sich der zweite Ventilteller in einer Position, die ein Strömen der Flüssigkeit vom oberen Boden in die Schleuse erlaubt. In einer zweiten Position wird das Schließelement angehoben, so dass Gas durch die untere Öffnung im Ventil zunächst in die Schleuse einströmen kann und dann um den unteren Ventilteller durch Öffnungen im Ventilge- häuse durch die Schleuse in Richtung des oberen Bodens strömen kann, wobei das Gas auf dem oberen Boden durch die auf dem Boden stehende Flüssigkeit geleitet wird. Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass der obere und der untere Boden durch die Ventile fest miteinander verbunden sind und eine Einheit bilden. Dies stellt hohe Anforderungen an die konstruktive Ausführung hinsichtlich Maßtoleranzen und Dichtigkeit des gesamten Bodenpakets. Ein weiterer Nachteil ist, dass Bypass-Strömungen auftreten können, wenn sich nicht alle Ventile in einem Boden öffnen. Diese Bypass-Strömungen können zu einer ungleichen Gasbelastung des oberen Bodens führen und die Trennleistung reduzieren. Sollten sich nicht alle Schleusenventile schließen, kann die Flüssigkeit nicht in der Schleuse gehalten werden und regnet auf den darunter liegenden oberen Boden ab. Dadurch überspringt die abgeregnete Flüssigkeit eine Stufe, wodurch sich die Stoffaustauschleistung der gesamten Kolonne verschlechtert.
Ebenfalls nachteilig ist die aufwendige Montage der komplexen Bodenpakete, wenn der obere und der untere Boden zusammen mit den Ventilen ein Bauteil bilden. Alternativ könnten die einzelnen Bauteile separat installiert werden, was jedoch hohe Anforderungen an die Ausrich- tung des oberen und des unteren Bodens zueinander mit sich führt.
Ein alternativer Aufbau einer Kolonne zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen ist in SU-A 1057050 offenbart. Hier sind nur im unteren Boden einer Bodengruppe Ventile ausgebildet, diese werden jedoch mechanisch von außen geöffnet und geschlossen. Dies hat den Nachteil, dass im Unterschied zu Ventilen, die durch die Gasströmung geöffnet werden, zusätzlich Energie eingebracht werden muss. Zudem ist eine Durchführung für eine Steuerstange, mit der die Ventile geöffnet und geschlossen werden, notwendig, die eine Abdichtung erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bodengruppe für eine Stoffaustausch- kolonne mit einem oberen Boden und einem unteren Boden bereitzustellen, zwischen denen eine Schleuse gebildet wird, die die aus dem Stand bekannten Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Bodengruppe für eine Stoffaustauschkolonne, umfassend einen oberen Boden und einen unteren Boden, wobei zwischen dem oberen Boden und dem unteren Boden eine Schleuse gebildet wird, so dass während einer Gasströmung Flüssigkeit auf dem oberen Boden ist, die von dem Gas durchströmt wird, die Flüssigkeit bei Unterbrechung der Gasströmung in die Schleuse abläuft und bei erneutem Starten der Gasströmung aus der Schleuse abläuft, wobei der obere Boden ein Trennboden ist und im unteren Boden Schleusenventile aufgenommen sind, die durch die Gasströmung geöffnet werden und bei Un- terbrechung der Gasströmung wieder schließen.
Durch die Gestaltung der Bodengruppe derart, dass der obere Boden ein Trennboden ist und die Schleusenventile nur im unteren Boden aufgenommen sind, lassen sich die Ventile wesentlich weniger komplex als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Stoffaustauschko- lonnen für zyklische Stoffaustauschprozesse gestalten. Insbesondere ist es nicht notwendig, zwei Ventilteller vorzusehen, so dass einem Verkanten des Schließelements dadurch entgegengewirkt werden kann. Im folgenden wird die erfindungsgemäße Gestaltung, bei der der untere Boden Schleusenventile enthält und der obere Boden als Trennboden ausgeführt ist und somit der untere Boden und der obere Boden nicht konstruktiv miteinander verbunden sind, auch als entkoppelt bezeichnet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung ist, dass ein Blockieren eines Schleu- senventils im unteren Boden im geöffneten oder geschlossenen Zustand nicht gleichzeitig dazu führt, dass auch im oberen Boden das Ventil geöffnet oder geschlossen bleibt. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau sind der obere und der untere Boden unabhängig voneinander, so dass ein Blockieren eines Schleusenventils im unteren Boden keinen Einfluss auf die Funktion des oberen Bodens hat. Auch ist es möglich, die einzelnen Schleusenventile und die Böden ohne die hohen Anforderungen, die an die Ausrichtung bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ventile, die den oberen und den unteren Boden miteinander verbinden, gestellt werden, separat voneinander zu montieren.
Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung wird der obere Boden auch als Trennboden und der untere Boden als Schleusenboden bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schleusenventile so gestaltet, dass beim Öffnen der Schleusenventile aus der Schleuse ablaufende Flüssigkeit und die Gasströmung entlang unterschiedlicher Strömungswege strömen. Alternativ ist es allerdings auch möglich, als Schleusenventile Ventile einzusetzen, bei denen Gas und Flüssigkeit entlang eines gemeinsamen Strömungswegs strömen. Bevorzugt sind jedoch Ausführungsformen mit unterschiedlichem Strömungsweg für Gas und Flüssigkeit. Durch die Gestaltung derart, dass Gas und Flüssigkeit entlang unterschiedlicher Strömungswege strömen, wird vermieden, dass Flüssigkeit mit der Gasströmung mitgerissen wird.
In Stoffaustauschkolonnen, in denen die erfindungsgemäßen Bodengruppen eingesetzt werden, werden üblicherweise Gas-/Flüssig-Stoffaustauschprozesse durchgeführt. Als Gas-/Flüssig- Stoffaustauschprozess im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden alle Stoffaustauschprozesse bezeichnet, die in Kolonnen mit geeigneten Einbauten, üblicherweise Böden, durchgeführt werden, bei denen eine Flüssigkeit mit dem Gas intensiv durchmischt wird und im Allgemeinen die Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft nach unten fließt und das Gas in entgegengesetzter Richtung in der Kolonne nach oben strömt. Derartige Gas-/Flüssig- Stoffaustauschprozesse sind zum Beispiel Destillation, Rektifikation, Absorption oder Strippung (Desorption). Neben diesen Trennprozessen sind darunter weiterhin auch chemische Reaktionen zu verstehen, bei denen mindestens ein Eduktstrom gasförmig und ein Eduktstrom flüssig vorliegen. Unter dem Begriff „Gas" sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle gasförmigen Stoffe, insbesondere auch Dampf, zu verstehen.
Zur Charakterisierung von Gasbelastungen in einer Stoffaustauschkolonne wird üblicherweise der F-Faktor zugrunde gelegt. Dieser berechnet sich aus dem Produkt der Gasdichte und der Quadratwurzel der Gasleerrohrgeschwindigkeit und trägt die Einheit Pa0 5. Die Flüssigkeitsbelastung wird als Berieslungsdichte ausgewiesen und berechnet sich aus dem Flüssigkeitsvolumenstrom bezogen auf den Kolonnenquerschnitt. Sie trägt die Einheit m/h. Durch die Entkoppelung von Schleusenboden und Trennboden können beide Böden unabhängig voneinander den prozesstechnischen Anfordernissen angepasst werden. Für den oberen Boden gelten dabei die bekannten Einsatzbereiche bezüglich Gasbelastung (F-Faktor) und Flüssigkeitsbelastung (wi_).
Auch beim unteren Boden wird die Gasbelastung durch den F-Faktor beschrieben. Dieser kann im Unterschied zum oberen Boden abhängig von der nachfolgend beschriebenen Ausführungsvariante und der Anzahl der verbauten Elemente zwischen 0,5 und 3,5 Pa0 5 schwanken. Um eine möglichst große Kapazität in der Kolonne realisieren zu können sind F-Faktoren größer 1 ,5 Pa0'5 zu bevorzugen.
Bei der Flüssigkeitsbelastung sieht das anders aus. Bei dem Prinzip der zyklischen Destillation fließt die Flüssigkeit diskontinuierlich in einer ersten Phase der Begasungszeit aus der Schleuse nach unten ab. Ist die Schleuse leer gelaufen wird die abgelaufene Flüssigkeit so lange auf dem Trennboden der darunterliegenden Schleuse gehalten, bis das Gas wieder abgestellt wird.
Nach Beendigung der Gasströmung folgt eine Flüssigkeitsablaufphase, in der die Flüssigkeit vom Trennboden nach unten in die darunter liegende Schleuse strömt. Aus diesem Grund kann man zwar eine Berieselungsdichte berechnen, diese stellt aber einen zeitlich gemittelten Wert dar. Aussagekräftiger für die Flüssigkeitsbelastung ist der Flüssigkeits-Holdup auf dem Schleusenboden am Ende der Flüssigkeitsablaufphase vom oberen Boden in die Schleuse. Hier sind maximale Flüssigkeitsholdups möglich, bei denen die Flüssigkeit bis knapp unter die Gasaustrittsöffnung der Schleusenventile im unteren Boden steht. Der Arbeitsbereich bezüglich der Flüssigkeitsbelastung kann daher konstruktiv durch die Höhe der verbauten Elemente beein- flusst werden. Bei steigendem Holdup in einer Schleuse gleicher Geometrie erhöht sich der Zeitanteil der Begasungszeit, den die Flüssigkeit benötigt, um komplett aus der Schleuse auf den darunter liegenden Trennboden abzulaufen. Diesem Phänomen kann man durch Erhöhung der Anzahl der im Schleusenboden verbauten Elemente entgegenwirken. Allerdings ist die Anzahl der Elemente durch den verfügbaren Kolonnenquerschnitt limitiert, und kann nicht beliebig erhöht werden. Eine Erhöhung der Leerlaufzeit wirkt sich negativ auf die Kapazität der Kolonne aus, da diese um den Anteil der Erhöhung der Leerlaufzeit an einem Zyklus sinkt. Es hat sich gezeigt, dass ein maximaler Holdup von auf den Flüssigkeitsstand in der Schleuse umgerechnet 15 cm noch akzeptable Ergebnisse bezüglich der Leerlaufzeit liefert. Füllstände kleiner 10 cm sind im Hinblick auf Kapazität zu bevorzugen.
Bei einer sinnvollen Auslegung der Flüssigkeitsablaufgeometrie ist der Holdup in der Schleuse nach unten nicht limitiert.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Bodengruppe bei Stoffaustauschprozessen in allen Druckbereichen eingesetzt werden. Jedoch stellt der Einsatz im Vakuum durch den vermeintlich hohen Druckverlust der Trenn- und Schleusenböden nicht den bevorzugten Anwendungsfall dar. Anwendungen im atmosphärischen Bereich bis hin zum Hochdruckbereich sind bezüglich des Druckverlustes geeigneter. Damit während der Betriebsphasen der Stoffaustauschkolonne, in der das Gas strömt, keine Flüssigkeit vom oberen Boden in die Schleuse abläuft, sind unter dem Begriff „Trennboden" im Rahmen dieser Erfindung nur Böden zu verstehen, von denen bei einer Gasströmung keine Flüssigkeit abläuft, und die Flüssigkeit vom Boden abläuft, sobald die Gasströmung unterbro- chen wird. Derartige Böden sind zum Beispiel Böden ohne Ablaufschacht. Wenn Böden als Trennboden eingesetzt werden sollen, die Ablauföffnungen erfordern, zum Beispiel Ventilböden, Glockenböden oder Tunnelböden, ist es notwendig, dass die Ablauföffnungen während der Gasströmung verschlossen werden. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, die Ablauföffnungen als Ablaufventile zu gestalten und jeweils mit einem Schließelement zu versehen, das von der Gas- Strömung angehoben wird, und so die Ablauföffnung während der Gasströmung verschließt. Alternativ können selbstverständlich auch Böden eingesetzt werden, die keine Ablauföffnungen benötigen, sondern bei denen die Flüssigkeit durch die Öffnungen abläuft, durch die auch das Gas strömt. Solche Böden sind zum Beispiel Siebböden oder Ventilböden, bei denen die Ventile nicht vollständig schließen, wenn die Gaszufuhr unterbrochen ist, oder Ventilböden mit fest- stehenden Ventilen. Damit bei Ventilböden ohne Ablaufventile die Flüssigkeit ablaufen kann, wenn keine Gasströmung herrscht, ist es bevorzugt, wenn die Ventile an ihrer Oberseite bündig mit der Oberfläche des oberen Bodens abschließen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der obere Boden ein Ventilboden oder ein Siebboden ist.
In einer ersten Ausführungsform umfassen die Schleusenventile im unteren Boden einen Kamin, der mit dem unteren Boden verbunden ist, und ein als Haube ausgeführtes Schließelement, wobei das Schließelement den Kamin umschließt. Durch die Gestaltung des Schleusenventils mit Kamin und als Haube ausgeführtem Schließelement lassen sich unterschiedliche Strömungswege für die Flüssigkeit und das Gas realisieren. Der Kamin ist dabei so gestaltet, dass dieser einen Flüssigkeitsablauf an seiner Innenseite begrenzt. Die Flüssigkeit läuft somit außerhalb des Kamins ab, wobei gleichzeitig Gas im Inneren des Kamins in der zur Flüssigkeit entgegengesetzten Richtung strömen kann. Hierdurch wird weitgehend vermieden, dass mit der Gasströmung Flüssigkeit mitgerissen wird. Zur Montage des Kamins am unteren Boden ist es zum Beispiel möglich, Stege vorzusehen, mit denen der Kamin am unteren Boden befestigt wird. Der Kamin reicht dabei vorzugsweise nach unten in den Raum unterhalb des unteren Bodens.
Damit die Flüssigkeit vom unteren Boden ablaufen kann, ist im unteren Boden neben dem Ka- min mindestens ein Ablaufkanal ausgebildet ist, wobei der Ablaufkanal bündig mit der Oberseite des unteren Bodens abschließt und eine untere Öffnung aufweist, so dass Flüssigkeit bei geöffnetem Schleusenventil durch den Ablaufkanal vom unteren Boden ablaufen kann, wobei das Schließelement so gestaltet ist, dass der Ablaufkanal bei geschlossenem Schleusenventil ebenfalls durch das Schließelement verschlossen wird.
Bevorzugt ist es, den Ablaufkanal so zu gestalten, dass unterhalb des unteren Bodens ein Ablaufring montiert ist, der einen ringförmigen Boden aufweist, an dessen innerem Rand der Kamin angebracht ist und der weiterhin mit einer ringförmigen Wandung am unteren Boden be- festigt ist, wobei in der ringförmigen Wandung Öffnungen ausgebildet sind, durch die die Flüssigkeit ablaufen kann. Alternativ zur ringförmigen Wandung können auch Stege oder Stifte vorgesehen sein, mit denen der ringförmige Boden des Ablaufrings am unteren Boden befestigt ist. Zwischen der ringförmigen Wandung oder alternativ den Stegen oder Stiften und dem Ka- min sind im unteren Boden Öffnungen zum Flüssigkeitsablauf ausgebildet. Besonders bevorzugt ist eine ringförmige Öffnung, die den Kamin umschließt.
In einer alternativen Ausführungsform ist im Kamin mindestens ein Ablaufprofil ausgebildet, wobei die Flüssigkeit durch eine Öffnung oberhalb des unteren Bodens in das Ablaufprofil ein- strömen und durch eine Öffnung am Boden des Ablaufprofils ablaufen kann. Das Ablaufprofil kann zum Beispiel realisiert werden, indem im Kamin in vertikaler Richtung verlaufende Einbuchtungen ausgebildet sind. Bei geschlossenem Schleusenventil werden die Einbuchtungen durch die Haube verschlossen, so dass keine Flüssigkeit vom unteren Boden ablaufen kann. Um den Hub des Schließelementes beim Öffnen zu begrenzen, ist am Kamin ein erster Anschlag und am Schließelement ein zweiter Anschlag ausgebildet, wobei der zweite Anschlag bei geöffnetem Schleusenventil am ersten Anschlag anliegt. Der erste Anschlag am Kamin kann zum Beispiel als Bördelkante oder in Form von Stiften, die aus dem Kamin ragen, ausgebildet sein. Bevorzugt ist es, zur Ausbildung des ersten Anschlags den Kamin mit einer Durch- messererweiterung zu gestalten. Der zweite Anschlag an der Haube ist beispielsweise in Form einer Bördelkante ausgebildet.
Damit bei geöffnetem Schleusenventil Gas durch den Kamin strömen kann, sind in der Haube Öffnungen ausgebildet. Die Öffnungen sind dabei so angeordnet, dass diese bei geschlosse- nem Schleusenventil durch die Wandung des Kamins verschlossen werden und bei geöffnetem Schleusenventil oberhalb des Kamins positioniert sind, dass das Gas aus dem Kamin durch die Öffnungen in der Haube ausströmen kann. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, im Deckel der Haube Öffnungen vorzusehen. Die Größe und Anzahl der Öffnungen im Deckel ist dabei so zu wählen, dass die Gasströmung und die Fläche des Deckels noch ausreichen, um die Haube anzuheben. Vorteil mindestens einer Öffnung im Deckel der Haube ist, dass durch die Öffnung bei geschlossenen Schleusenventilen ein Druckausgleich in der Kolonne erfolgen kann.
Damit bei Unterbrechung der Gasströmung und geschlossenem Schleusenventil keine Flüssig- keit aus der Schleuse ablaufen kann, ist die Haube weiterhin so gestaltet, dass diese die Öffnungen, durch die die Flüssigkeit vom unteren Boden abläuft, verschließt. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, dass die Haube mit einer Schließkante auf dem unteren Boden aufliegt. Alternativ kann die Haube auch mit dem in Form einer Bördelkante gestalteten Anschlag auf dem unteren Boden aufliegen und so die Öffnungen für den Flüssigkeitsablauf verschließen.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Schleusenventile einen Doppelkamin auf, der zwei konzentrische Mäntel aufweist, zwischen denen ein Spalt ausgebildet ist, wobei der Spalt an seiner Unterseite Öffnungen aufweist, durch die Gas in den Spalt strömen kann, und der weiterhin Kanäle aufweist, die an ihrer Unterseite bündig mit dem unteren Boden abschließen, durch die Flüssigkeit vom unteren Boden in den vom inneren Mantel umschlossenen Innenraum strömen kann. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform strömt bei dieser Ausführungsform die Flüssigkeit durch den Kamin und das Gas durch die den Kamin an seiner Außenseite umgebenden Öffnungen.
Bei der Ausführungsform mit Doppelkamin ist in einer ersten Variante das Schließelement als Haube mit einem inneren und einem äußeren Mantel ausgebildet, wobei im äußeren Mantel Öffnungen ausgebildet sind, durch die bei geöffnetem Schleusenventil Gas aus dem Spalt in die Schleuse strömen kann und mit dem inneren Mantel bei geschlossenem Schleusenventil die Kanäle verschlossen werden. Alternativ ist es auch möglich, den von der inneren Wandung gebildeten Innenraum oben zu verschließen und ein als Haube ausgebildetes Schließelement außen über dem äußeren Mantel des Doppelkamins zu führen, wobei die Haube Öffnungen aufweist, durch die bei geöffnetem Schleusenventil Gas aus dem Spalt in die Schleuse strömen kann und die bei geschlossenem Schleusenventil die Kanäle, durch die Flüssigkeit in den Innenraum strömen kann, verschließt.
Die Kanäle, die durch den Doppelkamin geführt werden, können zum Beispiel in Form eines Rohrleitungsabschnitts mit beliebigem Querschnitt ausgebildet sein. Bevorzugt ist hierbei ein Querschnitt, bei dem die obere Fläche des unteren Bodens den Boden des Rohrleitungsabschnitts bildet. Im Bereich zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel des Doppelkamins ist der Rohrleitungsabschnitt vollständig umschlossen, damit keine Flüssigkeit in den durch den inneren und den äußeren Mantel gebildeten Spalt gelangen kann.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Schleusenventile eine Schwingklappe als Schließelement auf, wobei die Achse der Schwingklappe so angeordnet ist, dass bei geöffnetem Schleusenventil auf jeder Seite der Achse eine Öffnung freigegeben wird und die Schwingklappe auf einer Seite der Achse in die Schleuse und auf der anderen Seite der Achse in den Bereich unterhalb der Schleuse ragt. Die Anordnung der Achse derart, dass auf jeder Seite der Achse eine Öffnung freigegeben wird, ermöglicht es, dass beim Öffnen durch eine Öffnung das Gas strömen kann und durch die andere Öffnung die Flüssigkeit. Hierdurch wird zum einen ein schnelles Ablaufen der Flüssigkeit aus der Schleuse beim Öffnen des Schleusenventils realisiert, zum anderen wird - wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch - die Gasströmung von der Flüssigkeitsströmung weitgehend getrennt, so dass keine oder nur wenig Flüssigkeit mit dem Gas mitgerissen wird.
Um bei der Ausführungsform mit Schwingklappe den Flüssigkeitsmitriss weiter zu vermindern und insbesondere zu vermeiden, dass beim Öffnen der Schwingklappe durch die Öffnung, durch die das Gas strömt, auch Flüssigkeit strömen kann, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf der Seite der Schwingklappe, die bei geöffnetem Schleusenventil in die Schleuse ragt, ein Gaskamin positioniert, wobei der Gaskamin eine Höhe aufweist, die größer ist als der maximale Flüssigkeitsstand in der Schleuse bei normalem Betrieb der Stoffaustauschkolonne. Durch den Gaskamin kann keine Flüssigkeit zu der Öffnung gelangen, durch die das Gas beim Öffnen der Schwingklappe strömt. Durch den Gaskamin wird zudem ein schnelles Nachströmen der durch das Gas verdrängten Flüssigkeit in Richtung des Gaskamins verhindert. Der Gaskamin ist vorzugsweise auf seiner Oberseite mit einem Deckel verschlossen. Damit das Gas aus dem Gaskamin in die Schleuse strömen kann, befinden sich unterhalb des Deckels Gasdurchtrittsöffnungen in der Wandung des Gaskamins. Durch den Deckel kann verhindert werden, dass Flüssigkeit, die vom Trennboden abläuft in den Gaskamin fließen kann. Der Öffnungsquerschnitt der Öffnungen in der Wandung des Gaskamins wird vorzugsweise so ge- wählt, dass dieser mindestens genauso groß ist wie der Öffnungsquerschnitt der von der Schwingklappe freigegebenen Öffnung, durch die das Gas strömt.
Eine weitere Trennung von Flüssigkeitsströmung und Gasströmung kann dadurch erzielt werden, dass unterhalb des Teils der Schwingklappe, der bei geöffnetem Schleusenventil in den Bereich unterhalb der Schleuse ragt, ein Ablaufschacht positioniert ist. Durch den Ablaufschacht gelangt die Flüssigkeit erst deutlich unterhalb der Öffnung im unteren Boden in Kontakt mit dem entgegenströmenden Gas, so dass ein Flüssigkeitsmitriss mit dem Gas vermieden werden kann. Zudem ist durch eine entsprechende Gestaltung des Ablaufschachtes und insbesondere der Positionierung der Ablauföffnung aus dem Ablaufschacht auch eine gezielte Abiaufrichtung für die Flüssigkeit einstellbar, so dass die Flüssigkeit den Ablaufschacht zum Beispiel auf der der Öffnung, durch die das Gas strömt, abgewandten Seite verlässt.
Um weiterhin zu verhindern, dass Gas durch den Ablaufschacht strömen kann, ist es möglich, am Ablaufschacht einen Siphon auszubilden. Im Siphon verbleibt dabei immer ein Rest Flüssigkeit, der den Siphon gegen die Gasströmung verschließt. Hierdurch kann kein Gas durch den Ablaufschacht strömen. Um sicher zu vermeiden, dass die Flüssigkeit im Siphon nicht durch die Gasströmung verdrängt wird, ist es notwendig, den Siphon so zu gestalten, dass der hydrostatische Druck der Flüssigkeit im Siphon höher ist als der gasseitige Druckverlust des unteren Bodens.
Um ein Leerlaufen des Siphons in längeren Betriebspausen sicherzustellen, wird der Siphon vorzugsweise mit Leerlaufbohrungen versehen. Diese sind vorzugsweise so bemessen, dass die Funktionalität des Siphons während der Begasungsphase und den nur kurzen Pausen, in denen im zyklischen Betrieb die Gaszufuhr unterbrochen wird, nicht beeinträchtigt wird. Dies lässt sich dadurch realisieren, dass die Leerlaufbohrungen in einem so geringen Durchmesser ausgeführt werden, dass die Flüssigkeit nur sehr langsam über einen Zeitraum, der den Zeitraum der Unterbrechung der Gaszufuhr deutlich überschreitet, abläuft.
Wenn Schleusenventile eingesetzt werden, die eine Schwingklappe als Schließelement aufwei- sen, ist es weiterhin bevorzugt, die Anzahl der Schleusenventile zu minimieren. Mit abnehmender Anzahl an Klappen sinkt die Störungsanfälligkeit der Schleusen, da bei gleichem Druckverlust ein höherer Gasstrom zum Öffnen der Schwingklappen zur Verfügung steht. Eine zu geringe Anzahl an Schleusenventilen führt allerdings zu einer stark ungleichverteilten Gasan- Strömung des oberen Bodens und erheblichen Querströmen auf dem unteren Boden und in der Schleuse. Die Anzahl der Schwingklappen kann daher zwischen der Anzahl, die benötigt wird, um nur geringe Querströme und eine geringe Ungleichverteilung der Gasströmung auf dem oberen Boden zu erhalten und der Anzahl, die einen ausreichend hohen Gasstrom zum Öffnen gewährleisten, optimiert werden.
Die Schwingklappe wird vorzugsweise mit einer exzentrisch angeordneten Achse montiert. Hierdurch schließt die Schwingklappe aufgrund ihres Eigengewichts, wenn keine Flüssigkeit in der Schleuse ist. Der exzentrische Versatz wird so gewählt, dass die Druckkraft der Flüssigkeit auch bei maximalem Füllstand in der Schleuse nicht ausreicht, die Schwingklappe zu öffnen. Alternativ wäre es auch möglich, bei einer zentrierten Anordnung der Achse Gewichte an der Schwingklappe anzubringen, um zu verhindern, dass die Schwingklappe durch die Druckkraft der Flüssigkeit geöffnet wird. Die Schwingklappe ist jeweils so ausgeführt, dass diese nur durch die Gasströmung geöffnet wird.
Um die Stoffaustauschkolonne zyklisch betreiben zu können, das heißt, dass ein Stoffaustausch stattfindet, während das Gas strömt, wobei während dieser Zeit keine Flüssigkeit von den einzelnen Trennböden abläuft, bei Unterbrechung der Gasströmung die Flüssigkeit in die Schleuse abläuft und bei erneutem Starten der Gaszufuhr die Flüssigkeit aus der Schleuse in den darunter liegenden Raum fließt, so dass es nicht zu einer Rückvermischung der Flüssigkeit kommt und damit der Stoffaustauschprozess effektiver wird, ist es notwendig, die Gaszufuhr zu unterbrechen. Dies erfolgt vorzugsweise von außen.
Im Falle einer Rektifikation oder Strippung ist es zum Beispiel möglich, die Gaszufuhr zu unter- brechen, indem durch Regelarmaturen, vorzugsweise Schnellschlussventile, der Verdampfer von der Kolonne abgetrennt wird. Durch Auskondensieren der Dämpfe im Kondensator entsteht ein Unterdruck, der dazu führt, dass kontinuierlich Gas aus der Kolonne in den Kondensator strömt und die Schleusenventile ungewünschter Weise auch während der Flüssigkeitsablaufphase öffnen. Daher sollte der Kondensator ebenfalls mit einer mit der Regelarmatur des Ver- dampfers synchronisierten Regelarmatur, vorzugsweise ebenfalls einem Schnellschlussventil, von der Kolonne getrennt werden. Auf diese Weise wird die Gasphase in der Kolonne eingesperrt. Die während der Kontaktzeit des Gases mit der Flüssigkeit aufgebaute Druckdifferenz zwischen dem Sumpf der Kolonne und dem Kopf der Kolonne gleicht sich nun aus. Durch Auskondensieren der Dämpfe im Kondensator entsteht ein Unterdruck. Bevorzugt ist es, dass die Zufuhr des Heizmediums in den Verdampfer nicht unterbrochen wird. Dies führt dazu, dass der Dampfdruck im Verdampfer ansteigt. Um zu hohe Druckschwankungen und somit mögliche mechanische Schädigungen an den Kolonneneinbauten zu vermeiden, wird der Dampf vorzugsweise in einem externen oder in den Verdampfer integrierten Pufferbehälter zwischengespeichert. Das Volumen dieses Pufferbehälters hängt dabei von der Zeit ab, die die Gaszufuhr in die Kolonne unterbrochen wird. Hierbei ist zusätzlich der Schaltverzug zu berücksichtigen. Das Volumen des Pufferbehälters wird dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass der Maximaldruck im Pufferbehälter den doppelten Betriebsdruck am Sumpf der Kolonne nicht übersteigt. Um die Gaszufuhr erneut zu starten, werden die synchronisierten Regelarmaturen am Verdampfer und Kondensator wieder geöffnet. Beim Öffnen der Regelarmaturen entsteht zum einen ein Dampfstrom aus der Kolonne in den Kondensator und gleichzeitig strömt Dampf mit hohem Impuls aufgrund des aufgebauten Drucks aus dem Pufferbehälter in die Kolonne ein.
Wenn der in der Kolonne ausgeführte Stoffaustauschprozess eine Absorption ist, wird das gleiche Verfahren angewandt. In diesem Fall sorgen jedoch die synchronisierten Ventile dafür, dass der Druckausgleich und somit die Überlaufzeit möglichst schnell realisiert werden. Um zu vermeiden, dass es bei höheren Gasbelastungen und höherem Flüssigkeits-Holdup auf dem Trennboden bei längeren Begasungszeiten zu einem Aufschaukeln der Sprudelschicht kommt, ist es möglich, Wellenbrecher auf dem Trennboden vorzusehen. Geeignete Wellenbrecher werden bereits derzeit auf Dual-Flow-Böden montiert und sind dem Fachmann bekannt. Üblicherweise sind derartige Wellenbrecher in Form eines Steges auf dem Boden gestaltet.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Bodengruppe mit einem Ventilboden als Trennboden mit geöffneten Schleusenventilen,
Figur 2 die Bodengruppe gemäß Figur 1 mit geschlossenen Schleusenventilen,
Figur 3 eine Bodengruppe mit einem Siebboden als Trennboden,
Figur 4 ein offenes Schleusenventil mit Kamin und als Haube gestaltetem Schließelement auf dem unteren Boden,
Figur 5 ein Schleusenventil gemäß Figur 4 in geschlossener Position,
Figur 6 ein offenes Schleusenventil mit Kamin und als Haube gestaltetem Schließelement in einer zweiten Ausführungsvariante,
Figur 7 ein Schleusenventil gemäß Figur 6 in geschlossener Position,
Figur 8 ein offenes Schleusenventil mit Kamin und als Haube gestaltetem Schließelement in einer dritten Ausführungsvariante,
Figur 9 ein Schleusenventil gemäß Figur 8 in geschlossener Position,
Figur 10 ein unterer Abschluss eines Kamins mit stetiger Durchmessererweiterung,
Figur 1 1 ein Schleusenventil mit einem Doppelkamin in offener Position,
Figur 12 ein Schleusenventil gemäß Figur 1 1 in geschlossener Position,
Figur 13 ein Schleusenventil mit Doppelkamin in einer zweiten Ausführungsform,
Figur 14 ein Schleusenventil mit Kamin und als Haube gestaltetem Schließelement in einer vierten Ausführungsvariante,
Figur 15 eine Querschnittsansicht des Kamins des in Figur 14 dargestellten Schleusenventils, Figur 16 ein Schleusenventil mit Kamin und als Haube gestaltetem Schließelement in einer fünften Ausführungsvariante,
Figur 17 eine Querschnittsansicht des Kamins und der Ablaufkanäle des in Figur 16 dargestellten Schleusenventils,
Figur 18 ein als Schwingklappe ausgebildetes Schleusenventil in einer ersten Ausführungsform,
Figur 19 ein als Schwingklappe ausgeführtes Schleusenventil in einer zweiten Ausführungsform,
Figur 20 einen Ausschnitt einer Bodengruppe mit einem als Schwingklappe ausgeführten
Schleusenventil im unteren Boden,
Figur 21 ein als Schwingklappe ausgeführtes Schleusenventil mit Gaskamin und Ablaufschacht,
Figur 22 ein als Schwingklappe ausgeführtes Schleusenventil mit Gaskamin und Ablaufschacht mit Siphon.
Figur 1 zeigt eine Bodengruppe mit einem Ventilboden als Trennboden mit geöffneten Schleusenventilen.
Eine Bodengruppe 1 umfasst eine unteren Boden 3, der auch als Schleusenboden bezeichnet wird und einen oberen Boden 5, der auch als Trennboden bezeichnet wird. Von dem unteren Boden 3 und dem oberen Boden 5 wird eine Schleuse 7 begrenzt. Eine entsprechende Bodengruppe findet Einsatz insbesondere als trennwirksamer Einbau in einer Stoffaustauschkolonne, in der ein Gas-/Flüssig-Stoffaustauschprozess durchgeführt wird. Übliche Gas-/Flüssig- Stoffaustauschprozesse sind Destillation, Rektifikation, Absorption, Extraktion oder Strippung.
Der Stoffaustauschprozess, bei dem die Bodengruppe 1 eingesetzt wird, wird zyklisch durchgeführt. Bei einem solchen zyklischen Stoffaustauschprozess strömt während einer ersten Phase Gas von unten nach oben durch die Kolonne, wobei sich Flüssigkeit auf dem oberen Boden 5 befindet. Der obere Boden 5 ist dabei so gestaltet, dass aufgrund der Gasströmung keine Flüs- sigkeit durch den oberen Boden 5 abregnet. In einer zweiten Phase wird die Gasströmung unterbrochen. Dies führt dazu, dass die Flüssigkeit in die Schleuse 7 abläuft. Damit die Flüssigkeit in der Schleuse bleibt, sind im unteren Boden 3 Schleusenventile 9 aufgenommen. Solange kein Gas strömt verschließen die Schleusenventile 9 Ablauföffnungen 1 1 im unteren Boden 3, durch die die Flüssigkeit aus der Schleuse ablaufen kann. Sobald die Gasströmung wieder star- tet, werden die Schleusenventile 9 auf dem unteren Boden 3 geöffnet, so dass die Flüssigkeit aus der Schleuse 7 ablaufen kann. Durch die zyklische Durchführung des Stoffaustauschprozesses wird eine Rückvermischung der Flüssigkeit verhindert, so dass ein effizienterer Stoffaustausch ermöglicht wird. In Figur 1 sind die Schleusenventile 9 auf dem unteren Boden geöffnet, so dass Gas von unten durch die Schleusenventile 9 in die Schleuse 7 und durch die Schleuse 7 und den oberen Boden 5 nach oben strömen kann. Hierbei durchströmt das Gas die Flüssigkeit auf dem oberen Boden 5, so dass eine Sprudelschicht entsteht, in der ein intensiver Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit erfolgt.
Der obere Boden 5 ist in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform als Ventilboden gestaltet. Dieser umfasst Ventile 13, die durch die Gasströmung geöffnet werden. Die durch die Gasströmung geöffneten Ventile 13 umfassen einen Ventilteller 15, mit dem eine Ventilöffnung 17 im oberen Boden 5 freigegeben wird, solange Gas strömt. Zusätzlich ist im oberen Boden 5 ein Ablaufventil 19 vorgesehen, das ebenfalls einen Ventilteller 21 als Schließelement aufweist, das jedoch geschlossen ist, solange Gas strömt. Hierzu wird der Ventilteller 21 von unten durch die Gasströmung gegen den oberen Boden 5 gedrückt.
Die Schleusenventile 9 umfassen in der hier dargestellten Ausführungsform einen Kamin 23 und ein als Haube ausgebildetes Schließelement 25, das den Kamin 23 umschließt. Figur 2 zeigt eine Bodengruppe gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform mit geschlossenen Schleusenventilen.
Sobald die Gasströmung unterbrochen wird, schließen die Ventile 13 auf dem oberen Boden und die Ablaufventile 19 des oberen Bodens öffnen sich, so dass die Flüssigkeit durch die Ab- laufventile 19 in die Schleuse 7 ablaufen kann. Aufgrund der fehlenden Gasströmung schließen auch die Schleusenventile 9 des unteren Bodens 3, so dass die Flüssigkeit in der Schleuse 7 bleibt. Die entsprechenden Ventilpositionen können der Darstellung in Figur 2 entnommen werden. Erst mit erneutem Starten der Gasströmung öffnen die Schleusenventile 9 auf dem unteren Boden und geben die Ablauföffnungen 1 1 frei, so dass die Flüssigkeit aus der Schleuse ablaufen kann. Aufgrund der Gasströmung öffnen sich auch die Ventile 13 auf dem oberen Boden 5 und die Ablaufventile 19 des oberen Bodens werden geschlossen, so dass ein neuer Zyklus durchgeführt werden kann. Die Ventilstellung entspricht dann wieder der in Figur 1 dargestellten.
Alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsform mit Ablaufventilen 19 im oberen Boden 5 ist es auch möglich, die Ventile 13 so zu gestalten, dass diese die Öffnungen 17 nicht vollständig verschließen, wenn die Gasströmung unterbrochen wird. In diesem Fall kann die Flüssigkeit dann durch die Ventile 13 in die Schleuse ablaufen, sobald kein Gas mehr strömt. Auch hier ist es möglich, zusätzlich Ablaufventile im oberen Boden 5 vorzusehen. Ebenfalls ist es möglich, anstelle oder zusätzlich zu den hier dargestellten Ventilen feststehende Ventile einzusetzen.
Eine weitere Alternative für den oberen Boden 5 ist in Figur 3 dargestellt. Im Unterschied zu der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist der in Figur 3 dargestellte obere Bo- den nicht als Ventilboden sondern als Siebboden ausgeführt. Wenn der obere Boden 5, wie in Figur 3 dargestellt, als Siebboden ausgeführt ist, ist es notwendig, die Öffnungen so zu dimensionieren, dass während der Gasströmung keine Flüssigkeit durch die Öffnungen ablaufen kann. Die Dimensionierung der Öffnungen ergibt sich dabei aus dem Gasvolumenstrom, dem Druckabfall über den Boden 5 und der maximalen Höhe der Flüssigkeit auf dem oberen Boden 5. Die Auslegung erfolgt dabei analog der Auslegung von Siebböden in herkömmlichen Siebbodenkolonnen. In den Figuren 4 und 5 sind detailliert die Schleusenventile 9 des unteren Bodens in der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform einmal in geöffneter und einmal in geschlossener Position gezeigt.
In Figur 4 ist das Schleusenventil 9 in geöffneter Position dargestellt. Hierbei strömt das Gas im Inneren des Kamins 23 nach oben. Aufgrund der Gasströmung wird das als Haube ausgebildete Schließelement 25 angehoben. Um zu vermeiden, dass das Schließelement 25 über den Kamin 23 hinaus angehoben wird, ist am Kamin ein erster Anschlag 27 und am Schließelement 25 ein zweiter Anschlag 29 ausgebildet. In der hier dargestellten Ausführungsform wird der erste Anschlag 27 durch eine plötzliche Durchmessererweiterung am Kamin 23 gebildet. Der zwei- te Anschlag 29 am Schließelement 25 kann zum Beispiel wie hier dargestellt als Bördelkante ausgebildet sein. In geöffneter Position schlägt der zweite Anschlag 29 am ersten Anschlag 27 an, so dass hierdurch die Hubbewegung des Schließelements 25 begrenzt wird.
Damit bei geöffnetem Schließelement 25 das Gas aus dem Kamin in die Schleuse 7 ausströ- men kann, sind in dem als Haube ausgeführten Schließelement 25 Öffnungen 31 ausgebildet. Die Öffnungen sind dabei so positioniert, dass sich diese bei geöffnetem Schleusenventil 9 oberhalb des oberen Randes 33 des Kamins 23 befinden. Der obere Rand 33 des Kamins 23 ist dabei so hoch, dass dieser bei maximalem Flüssigkeitsstand in der Schleuse 7 über die Flüssigkeit in der Schleuse 7 hinausragt. Während des Öffnens des Schleusenventils 9 wird auf diese Weise vermieden, dass Flüssigkeit durch die Öffnungen 31 in den Kamin 23 eindringen kann.
Gleichzeitig sind die Ablauföffnungen 1 1 bei geöffnetem Schleusenventil 9 freigegeben, so dass die Flüssigkeit durch die Ablauföffnungen 1 1 aus der Schleuse 7 ablaufen kann. Um zu verhin- dem, dass Flüssigkeit mit dem durch den Kamin 23 strömenden Gas mitgerissen wird, ist unterhalb des unteren Bodens 3 ein Ablaufring 35 montiert. Der Ablaufring 35 weist einen ringförmigen Boden 37 auf, an dessen innerem Rand der Kamin 23 angebracht ist. Der Kamin 23 bildet so eine innere Wandung des Ablaufrings 35 durch die keine Flüssigkeit strömen kann. Mit einer ringförmigen äußeren Wandung 39 ist der ringförmige Boden 37 am unteren Boden 3 be- festigt. In der ringförmigen äußeren Wandung 39 sind Öffnungen 41 ausgebildet, durch die die Flüssigkeit aus dem Ablaufring 35 ablaufen kann. Alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsform mit ringförmiger äußerer Wandung 39 ist es auch möglich, den ringförmigen Boden 37 mit Stegen oder Stiften am unteren Boden 3 zu montieren. Sobald die Gasströmung unterbrochen wird, bewegt sich das Schließelement 25, wie in Figur 5 dargestellt, nach unten. Hierdurch bewegen sich die Öffnungen 31 im Schließelement 25 über den Kamin 23, so dass diese verschlossen werden. Gleichzeitig ist das Schließelement 25 so ausgebildet, dass die Ablauföffnungen 1 1 im unteren Boden 3 verschlossen werden. Hierzu ist es zum Beispiel wie hier dargestellt möglich, dass der als Bördelkante ausgebildete zweite Anschlag 29 auf dem unteren Boden 3 aufliegt und so die Ablauföffnungen 1 1 verschließt. Hierzu ist wichtig, dass der äußere Durchmesser des als Haube ausgebildeten Schließelements 25 größer ist als der Durchmesser der Linie, die die Ablauföffnungen 1 1 umschließt, sofern mehre- re Ablauföffnungen vorgesehen sind. Bei nur einer Ablauföffnung 1 1 umschließt diese vorzugsweise ringförmig den Kamin 23 und der Durchmesser des als Haube ausgeführten Schließelements 25 ist in diesem Fall größer als der Außendurchmesser der Ablauföffnung 1 1.
In den Figuren 6 und 7 ist ein Schleusenventil des unteren Bodens in einer zweiten Ausfüh- rungsform einmal in offener und einmal in geschlossener Position dargestellt.
Im Unterschied zu der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform der Ablaufring 35 so gestaltet, dass die ringförmige äußere Wandung keine Öffnungen aufweist und dafür im ringförmigen Boden 37 Öffnun- gen 43 ausgebildet sind, durch die die Flüssigkeit ablaufen kann. Wie auch bei der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform werden die Ablauföffnungen 1 1 für die Flüssigkeit bei geschlossenem Schleusenventil 9 verschlossen, indem der als Bördelkante ausgebildete zweite Anschlag 29 auf dem unteren Boden 3 aufliegt. Die Figuren 8 und 9 zeigen ein Schleusenventil des unteren Bodens in einer dritten Ausführungsform in offener und in geschlossener Position.
Im Unterschied zu der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist bei der in den Figuren 8 (offene Position) und 9 (geschlossene Position) gezeigten Ausführungsform das Schließelement nicht als Haube mit Öffnungen im oberen Bereich ausgebildet. In der in den Figuren 8 und 9 dargestellten Ausführungsform weist das Schließelement 25 einen hauben- förmigen Deckel 45 auf, der bei geschlossenem Schleusenventil 9 den Kamin 23 umschließt. Im haubenförmigen Deckel 45 sind die Öffnungen 31 ausgebildet, durch die das Gas aus dem Kamin in die Schleuse 7 ausströmen kann. Mittels Verbindungsstreben 47 ist der haubenförmi- ge Deckel 45 mit einem Ring 49 verbunden. Der Ring 49 ist dabei so gestaltet, dass dieser bei geschlossenem Schleusenventil 9 die Ablauföffnungen 1 1 verschließt. Gleichzeitig wirkt der Ring 49 bei geöffnetem Schleusenventil 9 als zweiter Anschlag, mit dem die Hubbewegung des Schließelements 25 begrenzt wird. Alternativ zu dem hier dargestellten haubenförmigen Deckel 45 ist es auch möglich, das Schließelement mit einem flachen Deckel zu gestalten, der über die Verbindungsstreben 47 mit dem Ring 49 verbunden ist. Um ein Verkanten des Rings 49 zu vermeiden umfasst das Schließelement 25 vorzugsweise mindestens 3, insbesondere 3 oder 4 Verbindungsstreben 47, mit denen der Deckel und der Ring 49 verbunden sind.
Der Ablaufring 35 kann sowohl wie in den Figuren 4 und 5 oder alternativ auch wie in den Figuren 6 und 7 gestaltet sein. Figur 10 zeigt einen unteren Abschluss eines Kamins mit stetiger Durchmessererweiterung.
Im Unterschied zu den in den Figuren 4 bis 9 dargestellten Ausführungsformen ist es auch möglich, den Ablaufring 35 nicht mit einem ebenen ringförmigen Boden 37 auszuführen son- dem nach unten eine stetige Durchmessererweiterung vorzusehen. Die Durchmessererweiterung kann dabei wie in Figur 10 dargestellt, zum Beispiel in Form einer Rundung 51 gestaltet sein. Alternativ ist es auch möglich, die Durchmessererweiterung zum Beispiel konisch auszuführen. Durch die stetige Durchmessererweiterung ergibt sich eine verbesserte Einströmung des Gases in den Kamin 23 und ebenfalls ein verbesserter Ablauf der Flüssigkeit durch den Ablaufring 35.
Eine Ausführungsform des Schleusenventils mit Doppelkamin ist in Figur 1 1 in geöffneter Position und in Figur 12 in geschlossener Position dargestellt. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen strömt bei der hier dargestellten Ausführungsform mit Doppelkamin das Gas außen und die Flüssigkeit durch die innere Öffnung. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das Gas die Flüssigkeit nicht kreuzen muss, um durch den Kamin nach oben strömen zu können, so dass die Gefahr eines Flüssigkeitsmitrisses weiter minimiert wird.
In der in den Figuren 1 1 und 12 dargestellten Ausführungsform weist der Kamin einen äußeren Mantel 53 und einen inneren Mantel 55 auf. An der Unterseite befinden sich zwischen dem äußeren Mantel 53 und dem inneren Mantel 55 Gaseintrittsöffnungen 57. Zwischen dem äußeren Mantel 53 und dem inneren Mantel 55 sind Kanäle 59 ausgebildet, durch die bei geöffnetem Schleusenventil Flüssigkeit vom unteren Boden 3 in den vom inneren Mantel 55 umschlossenen Raum 61 strömen kann. Damit die gesamte Flüssigkeit aus der Schleuse ablaufen kann, schließen hierzu die Kanäle 59 an ihrer Unterseite bündig mit dem unteren Boden 3 ab. In dem von dem inneren Mantel 55 und dem äußeren Mantel 53 gebildeten Spalt 63 sind die Kanäle 59 von allen Seiten verschlossen, damit keine Flüssigkeit aus den Kanälen mit der Gasströmung im Spalt 63 mitgerissen werden kann. Die Kanäle 59 können dabei jeden beliebigen Querschnitt aufweisen, bevorzugt sind dabei Querschnitte mit einem ebenen Boden, zum Beispiel rechteckige oder halbkreisförmige Querschnitte. Bei geöffnetem Schleusenventil strömt Flüssigkeit aus der Schleuse durch die Kanäle 59 in den vom inneren Mantel 55 umschlossenen Raum und von diesem durch eine zentrale Öffnung 65 in den unter der Schleuse liegenden Bereich.
Um bei geöffnetem Schleusenventil die Kanäle 59 freizugeben und bei geschlossenem Schleusenventil zu verschließen, weist das Schließelement 25 in der hier dargestellten Ausführungsform einen äußeren Mantel 67 und einen inneren Mantel 69 auf. Im äußeren Mantel 67 sind die Öffnungen 31 ausgebildet, durch die das Gas bei geöffnetem Schleusenventil aus dem Spalt 63 in die Schleuse 7 einströmen kann. Bei geschlossenem Schleusenventil werden die Öffnungen 31 vom äußeren Mantel 53 des Doppelkamins verschlossen. Der innere Mantel 69 des Schließelements ist so ausgeführt, dass dieser die Kanäle 59 bei geschlossenem Schleusenventil verschließt. Hierzu läuft der äußere Mantel 67 innen am äußeren Mantel 53 des Doppelkamins und der innere Mantel 69 des Schließelements 25 entlang der Innenseite des inneren Mantels 55 des Doppelkamins. Der innere Mantel 69 des Schließele- ments 25 ist dabei so dimensioniert, dass dieser die Kanäle 59 auf der Innenseite verschließt. Durch den inneren Mantel 69 des Schließelements und den Deckel 71 der Haube wird vermieden, dass bei geöffnetem Schleusenventil Gas durch den vom inneren Mantel 55 umschlossenen Raum 61 strömen kann. Alternativ ist es auch möglich, wie in Figur 13 dargestellt, als Schließelement 25 eine Haube vorzusehen, die außen auf dem äußeren Mantel geführt ist. Das Schließelement weist in diesem Fall einen Mantel 73 auf, der so dimensioniert ist, dass bei geschlossenem Schleusenventil jeweils der Einlauf vom unteren Boden in die Kanäle 59 verschlossen wird. Damit bei geöffnetem Schleusenventil das Gas aus dem Spalt 63 ausströmen kann, sind im Mantel 73 die Öffnungen 31 ausgebildet, die bei geöffnetem Schleusenventil über den äußeren Mantel 53 des Doppelkamins ragen, so dass das Gas aus dem Spalt 63 durch die Öffnungen 31 in die Schleuse strömen kann. Bei geschlossenem Schleusenventil werden die Öffnungen 31 vom äußeren Mantel 35 des Doppelkamins verschlossen.
Der vom inneren Mantel 55 des Doppelkamins umschlossene Raum 61 ist auf seiner Oberseite mit einem Deckel 75 verschlossen, damit kein Gas durchströmen kann. Da lediglich die Flüssigkeit von der Schleuse durch den vom inneren Mantel 55 des Doppelkamins umschlossenen Raum strömt, wenn die Schleuse entleert wird, ist es ausreichend, den inneren Mantel 55 in der gleichen Höhe wie die Kanäle 59 auszuführen. Hierdurch öffnet sich der Spalt 63 oberhalb der Kanäle 59 in einen Raum, der vom äußeren Mantel 53 des Doppelkamins begrenzt wird. Um das Schleusenventil bei beginnender Gasströmung zu öffnen, kann das Gas hierdurch auf die gesamte Fläche des Deckels des als Hülse ausgeführten Schließelements wirken. Figur 14 zeigt ein Schleusenventil mit Kamin und als Haube gestaltetem Schließelement in einer vierten Ausführungsvariante und Figur 15 zeigt eine Querschnittsansicht des Kamins des in Figur 14 dargestellten Schleusenventils.
Im Unterschied zu den in den Figuren 4 bis 9 dargestellten Ausführungsvarianten ist bei der in den Figuren 14 und 15 dargestellten Ausführungsform kein Ablaufring für die Flüssigkeit vorgesehen. Anstelle durch Ablauföffnungen 1 1 im unteren Boden, die außerhalb des Kamins 23 angeordnet sind, sind in der hier dargestellten Ausführungsform Ablaufprofile 76 im Kamin 23 ausgebildet. Bei geöffnetem Schleusenventil strömt die Flüssigkeit durch Einlauföffnungen 79 in die Ablaufprofile 76 und durch Ablauföffnungen 81 an der Unterseite der Ablaufprofile 76 in den Raum unterhalb des unteren Bodens. Das als Haube ausgeführte Schließelement 25 ist dabei so gestaltet, dass bei geschlossenem Schleusenventil die Einlauföffnungen 79 in die Ablaufprofile 76 verschlossen werden und bei geöffnetem Schleusenventil freigegeben werden. Weiterhin sind im Schließelement Öffnungen 31 ausgebildet, die bei geöffnetem Schleusenventil freige- geben werden, so dass die Gasströmung aus dem Kamin 23 durch die Öffnungen 31 in die Schleuse strömen kann.
Neben der hier dargestellten Ausführungsform mit zwei Ablaufprofilen 76 ist es auch möglich, eine beliebige andere Anzahl an Ablaufprofilen 76 vorzusehen. Die Anzahl der Ablaufprofile 76 ist dabei abhängig von der Breite der Ablaufprofile 76 und dem äußeren Umfang des Kamins 23. Die Summe der Breite aller Ablaufprofile 76 muss kleiner als der äußere Umfang des Kamins 23 sein. Bevorzugt ist es, wenn die Ablaufprofile 76 gleichmäßig über den Umfang des Kamins 23 angeordnet sind.
Im Unterschied zu der in den Figuren 14 und 15 dargestellten Ausführungsform sind bei der in den Figuren 16 und 17 gezeigten Variante keine Ablaufprofile 76 im Kamin 23 ausgebildet sondern separate Ablaufschächte 77, die unterhalb des unteren Bodens 3 montiert sind. In die Ablaufschächte 77 öffnet sich jeweils eine Ablauföffnung 1 1 , deren Querschnitt dem Querschnitt des Ablaufschachts 77 entspricht. Bei geöffnetem Schleusenventil kann die Flüssigkeit durch die Ablauföffnungen 1 1 in die Ablaufschächte 77 strömen und aus den Ablaufschächten 77 durch die Ablauföffnungen 81 in den Raum unterhalb des unteren Bodens.
Um die Ablauföffnungen 1 1 bei geschlossenem Schleusenventil zu verschließen, ist an dem als Haube ausgeführten Schließelement 25 eine ringförmige Erweiterung 83 ausgebildet, die bei geschlossenem Schleusenventil auf den Ablauföffnungen 1 1 aufliegt und diese verschließt.
Um den Hub des Schließelements 25 bei geöffnetem Schleusenventil zu begrenzen ist der erste Anschlag 27 am Kamin 23 als Anschlagring ausgebildet und der zweite Anschlag 29 an der Hülse wird durch die ringförmige Erweiterung 83 gebildet, die über den Mantel der Hülse nach innen in Richtung des Kamins 23 hineinragt.
Neben den in den Figuren 1 bis 17 dargestellten Ausführungsformen mit Kamin und als Haube ausgeführtem Schließelement ist es auch möglich, das Schließelement als Schwingklappe 85 zu gestalten. Dies ist in einer ersten Ausführungsform in Figur 18 und in einer zweiten Ausführungsform in Figur 19 gezeigt.
Um eine erste Durchtrittsöffnung 87 für das Gas und eine zweite Durchtrittsöffnung 89 für die Flüssigkeit zu realisieren, ist die Schwingklappe 85 exzentrisch auf einer Achse 91 in einer Öff- nung des unteren Bodens gelagert. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Schwingklappe 85 zentrisch auf der Achse 91 zu lagern und das Öffnungsverhalten mit Gewichten zu beeinflussen. Sobald Gas strömt, wirkt dieses auf den nach oben schwingenden Teil der Schwingklappe 85 und durch den Gasdruck öffnet die Schwingklappe 85. Gleichzeitig wirkt die Flüssigkeit auf den nach unten öffnenden Teil der Schwingklappe 85, so dass die Flüssigkeit durch den nach unten klappenden Teil der Schwingklappe ablaufen kann.
Damit bei geschlossener Schwingklappe 85 keine Flüssigkeit aus der Schleuse ablaufen kann, sind Schwingklappe 85 und unterer Boden 3 vorzugsweise so gestaltet, dass die Schwingklap- pe 85 und der untere Boden 3 sich überschneiden, so dass die Schwingklappe 3 an dem unteren Boden 3 anschlägt. Um eine zusätzliche Abdichtung gegen Auslaufen der Flüssigkeit zu erhalten, ist es möglich, an der Schwingklappe ein Labyrinth 93 angebracht werden. Figur 20 zeigt einen Ausschnitt einer Bodengruppe mit einem als Schwingklappe ausgeführten Schleusenventil im unteren Boden.
Der obere Boden 5 ist in der in Figur 20 dargestellten Ausführungsform als Siebboden ausgeführt. Damit die Schwingklappe 85 im unteren Boden in ihrem Öffnungswinkel begrenzt wird, ist bei der in Figur 20 dargestellten Ausführungsform ein Anschlag 95 am unteren Boden angebracht, gegen die die Schwingklappe 85 in geöffneter Position anschlägt.
Wenn ein Schleusenventil mit Schwingklappe 85 als Schließelement eingesetzt wird, können der Öffnungsquerschnitt und die Schwingklappe 85 jede beliebige Form annehmen. So ist es zum Beispiel möglich, den Öffnungsquerschnitt und die Schwingklappe rund, oval, rechteckig, trapezförmig oder polygonal zu gestalten. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Öffnungsquerschnitt und die Schwingklappe die gleiche Form haben. So ist es zum Beispiel möglich, bei einem runden oder ovalen Öffnungsquerschnitt eine quadratische beziehungsweise rechteckige Schwingklappe einzusetzen, wobei die Größe der Schwingklappe so gewählt wird, dass die Öffnung bei geschlossener Schwingklappe vollständig verschlossen ist. Bevorzugt ist jedoch, wenn Öffnungsquerschnitt und Schwingklappe die gleiche Form haben.
In Figur 21 ist ein als Schwingklappe ausgeführtes Schleusenventil mit Gaskamin und Ablaufschacht dargestellt.
Um zu vermeiden, dass Flüssigkeit mit dem Gasstrom mitgerissen wird, wenn die Gasströmung wieder gestartet wird, ist in der in Figur 21 dargestellten Ausführungsform oberhalb des Bereichs der Schwingklappe, der in die Schleuse öffnet und durch den das Gas strömt, ein Gaskamin 97 montiert. Der Gaskamin 97 weist oberhalb des maximalen Flüssigkeitsstandes 99 in der Schleuse 7 Öffnungen 101 auf, durch die das Gas aus dem Gaskamin 97 in die Schleuse 7 strömen kann. Damit bei Unterbrechung der Gaszufuhr keine Flüssigkeit vom oberen Boden in den Gaskamin 97 läuft, ist der Gaskamin 97 oben mit einem Deckel 103 verschlossen. Weiterhin sind die Öffnungen 101 so positioniert, dass auch bei maximalem Flüssigkeitsstand 99 in der Schleuse 7 keine Flüssigkeit in den Gaskamin 97 strömen kann.
Unterhalb des Bereichs der Schwingklappe 85, der in den Bereich unterhalb des unteren Bodens 3 öffnet, befindet sich in der hier dargestellten Ausführungsform ein Ablaufschacht 105. Durch den Ablaufschacht 105 wird vermieden, dass Flüssigkeit mit der Gasströmung nach oben mitgerissen wird. Bei geöffnetem Schleusenventil strömt die Flüssigkeit aus der Schleuse in den Ablaufschacht 105 und durch eine Ablauföffnung 107 aus dem Ablaufschacht 105 in den Bereich unterhalb des unteren Bodens. Figur 22 zeigt ein als Schwingklappe ausgeführtes Schleusenventil mit Gaskamin und Ablaufschacht mit Siphon.
Im Unterschied zu der in Figur 21 gezeigten Ausführungsform ist bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 22 der Flüssigkeitsablauf aus dem Ablaufschacht 105 in Form eines Siphons 109 gestaltet. Hierzu ragt der Boden 1 13 des Ablaufschachts 105 auf der der Achse 91 der Schwingklappe 85 über die Außenwand 1 15 des Ablaufschachts 105 hinaus. Außerhalb der Außenwand 1 15 schließt der Boden 1 13 mit einem Überlaufwehr 1 1 1 ab. Zwischen dem Boden 1 13 und der Außenwand 1 15 befindet sich eine Öffnung 1 17, wobei das Überlaufwehr 1 1 1 so hoch ist, dass dieses den oberen Rand der Öffnung 1 17 überragt. Durch diese Gestaltung befindet sich auf dem Boden 1 13 des Ablaufschachts 105 immer Flüssigkeit, deren Flüssigkeitsstand der Höhe des Überlaufwehrs 1 1 1 entspricht. Da der obere Rand der Öffnung 1 17 tiefer liegt als der Überlauf des Überlaufwehrs 1 1 1 ragt die Außenwand 1 15 im Bereich der Öffnung 1 17 in die Flüssigkeit, so dass die Flüssigkeit eine Gassperre bildet und kein Gas in den Ab- laufschacht eintreten kann.
Neben der hier dargestellten Ausführungsform kann der Siphon selbstverständlich auch jede andere geeignete und dem Fachmann bekannte Form aufweisen. Bei allen dargestellten Ausführungsformen kann der obere Boden unabhängig vom unteren Boden gestaltet sein. So kann zum Beispiel anstelle des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ventilbodens ein Siebboden und anstelle des in den Figuren 3 und 20 dargestellten Siebbodens auch ein Ventilboden eingesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, als oberen Boden 5 einen Glockenboden oder Tunnelboden mit Ablaufventilen einzusetzen.
Bezugszeichenliste
1 Bodengruppe 77 Ablaufkanal
3 unterer Boden 79 Einlauföffnung
5 oberer Boden 81 Ablauföffnung
7 Schleuse 83 ringförmige Erweiterung
9 Schleusenventil 85 Schwingklappe
1 1 Ablauföffnung 87 erste Durchtrittsöffnung
13 Ventil im oberen Boden 5 89 zweite Durchtrittsöffnung
15 Ventilteller 91 Achse
17 Ventilöffnung 93 Labyrinth
19 Ablaufventil 95 Anschlag
21 Ventilteller 97 Gaskamin
23 Kamin 99 maximaler Flüssigkeitsstand
25 Schließelement 101 Öffnung
27 erster Anschlag 103 Deckel
29 zweiter Anschlag 105 Ablaufschacht
31 Öffnung 107 Ablauföffnung
33 oberer Rand des Kamins 23 109 Siphon
35 Ablaufring 1 1 1 Überlaufwehr
37 ringförmiger Boden 1 13 Boden
39 ringförmige äußere Wandung 115 Außenwand
41 Öffnung in der ringförmigen 1 17 Öffnung
äußeren Wandung 39
43 Öffnung im ringförmigen Boden 37
45 haubenförmiger Deckel
47 Verbindungsstreben
49 Ring
51 Rundung
53 äußerer Mantel
55 innerer Mantel
57 Gaseintrittsöffnung
59 Kanal
61 vom inneren Mantel 55 umschlossener Raum
63 Spalt
65 zentrale Öffnung
67 äußerer Mantel des Schließelements
69 innerer Mantel des Schließelements
71 Deckel
73 Mantel
75 Deckel
76 Ablaufprofil

Claims

Patentansprüche
1 . Bodengruppe für eine Stoffaustauschkolonne, umfassend einen oberen Boden (5) und einen unteren Boden (3), wobei zwischen dem oberen Boden (5) und dem unteren Boden
(3) eine Schleuse (7) gebildet wird, so dass während einer Gasströmung Flüssigkeit auf dem oberen Boden (3) ist, die von dem Gas durchströmt wird, die Flüssigkeit bei Unterbrechung der Gasströmung in die Schleuse (7) abläuft und bei erneutem Starten der Gasströmung aus der Schleuse (7) abläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Boden (5) ein Trennboden ist und im unteren Boden (3) Schleusenventile (9) aufgenommen sind, die durch die Gasströmung geöffnet werden und bei Unterbrechung der Gasströmung wieder schließen.
2. Bodengruppe gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der obere Boden (5) ein Ventilboden mit beweglichen oder festen Ventilen, ein Siebboden, ein Glockenboden oder ein Tunnelboden ist.
3. Bodengruppe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenventile (9) so gestaltet sind, dass beim Öffnen der Schleusenventile (9) aus der Schleuse (7) ablaufende Flüssigkeit und die Gasströmung entlang unterschiedlicher Strömungswege strömen.
4. Bodengruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenventile (9) im unteren Boden (3) einen Kamin (23), der mit dem unteren Boden (3) verbunden ist, und ein als Haube ausgeführtes Schließelement (25) umfassen, wobei das Schließelement (25) den Kamin (23) umschließt.
5. Bodengruppe gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Kamin (23) ein erster Anschlag (27) und am Schließelement (25) ein zweiter Anschlag (29) ausgebildet ist, wobei der zweite Anschlag (29) bei geöffnetem Ventil (9) am ersten Anschlag (27) anliegt.
6. Bodengruppe gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kamin (23) mindestens ein Ablaufprofil (76) ausgebildet ist, wobei die Flüssigkeit durch eine Öffnung (79) oberhalb des unteren Bodens (3) in das Ablaufprofil (76) einströmen und durch eine Öffnung (81 ) am Boden des Ablaufprofils (76) ablaufen kann.
7. Bodengruppe gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Boden neben dem Kamin (23) mindestens ein Ablaufkanal (35; 77) ausgebildet ist, wobei der Ablaufkanal (35; 77) bündig mit der Oberseite des unteren Bodens (3) abschließt und eine untere Öffnung (41 ; 43; 81 ) aufweist, so dass Flüssigkeit bei geöffnetem Schleusenventil (9) durch den Ablaufkanal (35; 77) vom unteren Boden (3) ablaufen kann, wobei das Schließelement (25) so gestaltet ist, dass der der Ablaufkanal (35; 77) bei geschlossenem Schleusenventil (9) ebenfalls durch das Schließelement (25) verschlossen wird. 8. Bodengruppe gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Haube Öffnungen (31 ) ausgebildet sind, die bei geöffnetem Schleusenventil (9) oberhalb des Kamins (23) liegen.
Bodengruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenventile (9) einen Doppelkamin aufweisen, der zwei konzentrische Mäntel (53, 55) aufweist, zwischen denen ein Spalt (63) ausgebildet ist, wobei der Spalt (63) an seiner Unterseite Öffnungen (57) aufweist, durch die Gas in den Spalt (63) strömen kann, und der weiterhin Kanäle (59) aufweist, die an ihrer Unterseite bündig mit dem unteren Boden (3) abschließen, durch die Flüssigkeit vom unteren Boden (3) in den vom inneren Mantel (55) umschlossenen Innenraum (61 ) strömen kann.
Bodengruppe gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (25) als Haube mit einem inneren Mantel (69) und einem äußeren Mantel (67) ausgebildet ist, wobei im äußeren Mantel (67) Öffnungen (31 ) ausgebildet sind, durch die bei geöffnetem Schleusenventil (9) Gas aus dem Spalt (63) in die Schleuse (7) strömen kann und mit dem inneren Mantel (69) bei geschlossenem Schleusenventil (9) die Kanäle (59) verschlossen werden.
Bodengruppe gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem inneren Mantel (55) gebildete Innenraum (61 ) oben verschlossen ist und ein als Haube ausgebildetes Schließelement (25) außen über dem äußeren Mantel (55) des Doppelkamins geführt ist, wobei die Haube Öffnungen (31 ) aufweist, durch die bei geöffnetem Ventil (9) Gas aus dem Spalt (63) in die Schleuse (7) strömen kann und die bei geschlossenem Ventil (9) die Kanäle (59), durch die Flüssigkeit in den Innenraum (63) strömen kann, verschließt.
Bodengruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenventile (9) eine Schwingklappe (85) als Schließelement aufweisen, wobei die Achse (91 ) der Schwingklappe (85) so angeordnet ist, dass bei geöffnetem Schleusenventil (9) auf jeder Seite der Achse (91 ) eine Öffnung (87, 89) freigegeben wird und die Schwingklappe (85) auf einer Seite der Achse (91 ) in die Schleuse (7) und auf der anderen Seite der Achse (91 ) in den Bereich unterhalb der Schleuse (7) ragt.
13. Bodengruppe gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite der Schwingklappe (85), die bei geöffnetem Schleusenventil (9) in die Schleuse (7) ragt, ein Gaskamin (97) positioniert ist, wobei der Gaskamin (97) eine Höhe aufweist, die größer ist als der maximale Flüssigkeitsstand in der Schleuse (7) bei normalem Betrieb der Stoffaustauschkolonne.
Bodengruppe gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Teils der Schwingklappe (85), der bei geöffnetem Schleusenventil (9) in den Bereich unterhalb der Schleuse (7) ragt, ein Ablaufschacht (105) positioniert ist.
Bodengruppe gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Ablaufschacht (105) ein Siphon (109) ausgebildet ist.
16. Bodengruppe gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (91 ) der Schwingklappe (85) exzentrisch gelagert ist.
17. Bodengruppe gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schwingklappe (85) ein Labyrinth (93) angebracht ist, um die Dichtwirkung zu erhöhen.
PCT/EP2015/070248 2014-09-08 2015-09-04 Bodengruppe für eine stoffaustauschkolonne WO2016037941A1 (de)

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