-
Boden für Stoffaustauschkolonne Es ist bekannt, für den Stoffaustausch
zwischen einer gas- oder dampfförmigen und einer flüssigen Komponente Austauschböden
zu verwenden, die eine intensive Durchmischung des Gases bzw. Dampfes und der Flüssigkeit
dadurch ermöglichen, daß das Gas oder der Dampf durch kleine Öffnungen von Siebflächen
oder Siebglochen geleitet wird und so in einer Vielzahl von Blasen eine feine Verteilung
in der Flüssigkeit erfährt, wobei durch die sattelförmige oder gewölbte Profilierung
der Siebflächen oder -glocken eine gewisse Steuerbarkeit der wirksamen Fläche erreicht
wird, insofern als je nach der Druckbelastung eine kleinere oder größere Anzahl
von Öffnungen von Gas oder Dampf durchsetzt wird.
-
Hierbei ist jedoch der Größe und Anzahl der Öffnungen in den Siebglocken
oder -flächen eine gewisse Grenze gesetzt und damit auch die obere Belastung auf
einen Wert beschränkt, bei dessen Überschreiten die Gefahr besteht, daß das Gas
durch den damit verbundenen Druckanstieg schlauchartig die Flüssigkeit durchdringt
und diese schließlich vom Boden abhebt.
-
Um vechselnde Belastungen zu ermöglichen, sind Austauschböden mit
feder- oder gewichtsbelasteten Abschlußorganen bekanntgeworden. Bei diesen Ausführungen
wird der jeweiligen Belastung entsprechend der Strömungsquerschnitt dadurch gesteuert,
daß der bei steigender Gas- oder Dämpfebelastung zunehmende Druck das Abschlußorgan
gegen die Feder- oder Gewichtsbelastung anhebt.
-
In der USA.-Patentschrift 2658737 finden federbelastete Ventile Verwendung.
Der dabei erzielte Mischeffekt zwischen beiden Komponenten soll durch gezahnte Ränder
oder eine über den Ventilen angeordnete Schlitzgloclie verbessert werden.
-
In der USA.-Patentschrift 2871003 steuert ein in einem Zylinder geführter
Scheibenkolben mehrere in der Vertikalen angeordnete Lochreihen, so daß der Kolben
in der höchsten Stellung bei maximaler Belastung sämtliche Löcher freigibt.
-
Die bekannten Ausführungen weisen eine Vielzahl von Bauelementen
auf, sind aufwendig und bieten bei sehr hohen Gas- oder Dämpfegeschwindigkeiten
keine Kompensation für den hierbei auftretenden Abfall des Wirkungsgrades der Kolonne;
sie müssen daher mit großem Bodenabstand arbeiten, wenn sie für hohe Freiraumgeschwindigkeiten
Verwendung finden sollen.
-
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß bei geringen Belastungen
keine Gewähr gegeben ist, daß alle Abschlußorgane gleichzeitig und gleichmäßig angehoben
werden, so daß die Gefahr eines lokalen Kurzschlusses vorhanden ist.
-
Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß vom
Zulauf- zum Ablaufende des Bodens reichende, eben aufliegende Siebplatten vor-
gesehen
sind, die an ihrem einen in Strömungsrichtung liegenden Rand drehbar gelagert sind
und am übrigen Umfang oder an einem Teil desselben abwärts gerichtete Ränder mit
Ausschnitten oder Einschnitten aufweisen, welche bei entsprechendem Belastungsanstieg
durch Schwenken der Platten als Querschnittsvergrö-Rerung mehr oder weniger zur
Wirkung kommen.
-
Dadurch wird erreicht, daß der Boden bei Mindestbelastung, die etwa
20 bis 25 ovo der Vollast beträgt, als normaler Siebboden arbeitet, indem nur die
Siebfläche in Funktion ist, während bei steigender Belastung die sich von der Auflage
abhebenden Siebplatten zusätzliche Querschnitte an den abgewinkelten Rändern freigeben.
Da der Druck auf die großen Siebflächen ein Vielfaches der bei der bekannten Anordnung
auftretenden Kräfte ausübt, besteht nicht die Gefahr des ungleichen Anhebens der
Siebflächen, die gegebenenfalls auch in einfacher Weise gekoppelt werden können.
-
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist unter den beweglichen
Siebplatten eine Abstreifervorrichtung für die vom darunterliegenden Boden aus mitgerissene
Flüssigkeit angeordnet. Dieser Abstreifer ist aus zwei übereinander angeordneten
wellenförmigen perforierten Tafeln oder Geflechten gebildet und hat die Aufgabe,
die bei höherer Belastung - etwa oberhalb 1,2 m/s - von unten her mitgerissene Flüssigkeit
zurückzuhalten und auf den darunter befindlichen Boden zurückzuleiten, wobei durch
eine Anordnung der Wellungen quer zur Strömungsrichtung ein Flüssigkeitstransport
von der Einlauf- zur Ablaufseite wirksam unterbunden wird. Vielmehr wird eine örtliche
Flüssigkeitsumwälzung erzeugt, wodurch der an sich schlechtere Stoffaustausch über
den abgewinkelten Rändern verbessert wird, so daß die Wirkungsgradkurve den gewünschten
flachen Verlauf über den ganzen Belastungsbereich erhält. Dazu kommt, daß die bei
hoher Belastung vorhandene Schräglage der Siebflächen den
Vorteil
hat, daß die starke Aufwärtsbewegung der gas-oder dampfförmigen Komponente über
den geschlitzten Flächen abgebremst wird unter Bildung neuer Stoffaustauschflächen
und daß die über den Siebflächen gebildete feine Schaumschicht nicht durch diese
turbulente Strömung gestört wird.
-
Durch die Ausbildung des Abstreifers in der Form zweier übereinander
angeordneter gewellter Siebflächen wird außerdem zwischen denselben eine zweite
Austauschzone geschaffen, die den Stoffaustausch wirksam unterstützt. Je steiler
bzw. tiefer die Wellungen ausgeführt werden, desto größer kann der von den Lochungen
gebildete Strömungsquerschnitt gemacht werden, so daß ein nennenswerter Druckabfall
durch den Abstreifer nicht einzutreten braucht.
-
Es ist mit dem Erfindungsgegenstand somit ein Austauschboden geschaffen,
der bei großem Belastungsbereich und minimalem Druckverlust einen gleichbleibenden,
hohen Wirkungsgrad gewährleistet. Bei gleichzeitiger Reduzierung des Bodenabstandes
wird damit eine erhebliche Reduzierung der Kolonnenabmessungen erzielt. Der Druckverlust
ist relativ niedrig und beträgt beispielsweise beim Betrieb mit Luft und Wasser
80 mm W.S. bei einer Luftgeschwindigkeit von 1,8 m/s, bezogen auf den freien Kolonneuquerschnitt,
und einer Wasserbelastung von 30 m3/m2 h. Der Strömungswiderstand des leeren Bodens
beträgt bei dieser Belastung nur 30 mm W.S.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
und zwar zeigen Fig. 1 und 2 einen Querschnitt bzw. teilweisen Längsschnitt durch
ein Bodenelement bei minimaler und maximaler Belastung, und Fig. 3 eine Draufsicht
desselben.
-
Zwei rechteckige Siebplatten 1 und 2 sind je an einem Längsrand abgewinkelt
und mit Einschnitten 3 versehen und an ihrem anderen Längsrand drehbar in einem
Einsatzrahmen 4 gehalten, wobei sie in Ruhe oder bei minimaler Belastung auf den
Rändern einer Rinne 5 eben aufliegen (gestrichelte Lage), derart, daß die abgewinkelten
Ränder in die Rinne eintauchen.
-
Federn 6, die an in der Drehung mit den Platten verbundenen Armen
7 angreifen, suchen die Platten in dieser Lage zu halten oder in diese Lage zurückzuführen.
-
In dem Rahmen unter den Siebplatten ist ferner ein Abstreifer angeordnet,
der von zwei übereinanderliegenden, wellen- oder sägezahnförmigen perforierten Flächen
8 und 9 gebildet oder begrenzt wird, deren Wellungen quer zur Längsausdehnung des
Rahmens verlaufen. Im übrigen ist der Rahmen in der Querausdehnung so bemessen,
daß er durch Behälteröffnungen von Mannlochgröße eingebracht werden kann.
-
Der beschriebene Rahmen dient als Bauelement für Austauschböden,
indem er einzeln oder zu mehreren nebeneinander in einer Kolonne angeordnet wird,
der-
art, daß der Zu- und Ablauf der Flüssigkeit an den Schmalseiten der Siebflächen
stattfindet und die Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 10 über die Platten strömt,
wobei die Zu- und Ableitung der Flüssigkeit von Boden zu Boden in bekannter Weise
erfolgt. Hierbei füllen die Rahmen das dem Kolonnenquerschnitt entsprechende Quadrat
oder Rechteck aus, und von den frei bleibenden vier Segmenten werden zwei abgedeckt
und zwei für den Flüssigkeitszu- und -ablauf benutzt, wobei die Rahmenseiten selbst
als Überlaufwehr dienen können.
-
Im Betrieb werden die Siebplatten von einer bestimmten Dampfbelastung
an, die durch ihr Gewicht und die Bemessung der Federn gegeben ist, von ihrer Auflage
mehr oder weniger abgehoben, so daß die Durchbrüche an den abgewinkelten Rändern
als zusätzlicher Strömungsquerschnitt zur Wirkung kommen (ausgezogene Lage). Nicht
dargestellte Anschläge können den Drehwinkel der Siebplatten auf einen bestimmten
Wert begrenzen. Durch den doppelten Abstreifer wird die vom darunterliegenden Boden
aus mitgerissene Flüssigkeit wirksam zurückgehalten, so daß hohe Freiraumgeschwindigkeiten
für den Dampf zwischen den Rahmen möglich sind.
-
PATENTANSPRVCHE 1. Boden für Stoffaustauschkolonnen zwischen einer
von einem Einlaufwehr zu einem Ablaufwehr über den Boden strömenden Flüssigkeit
und einem durch Öffnungen im Boden aufsteigenden Dampf, bei dem feder- oder gewichtsbelastete
Elemente unter steigender Gasbelastung einen größeren Durchtrittsquerschnitt freigeben,
dadurch gekennzeichnet, daß vom Einlauf- zum Ablaufwehr reichende, eben aufliegende
Siebplatten (1, 2) an einer in Strömungsrichtung liegenden Seite drehbar gelagert
sind und an ihrem übrigen Umfang oder einem Teil desselben abwärts gerichtete Ränder
mit Aus- oder Einschnitten (3) aufweisen.