DE1032219B - Gegenstromsaeule zum Inberuehrungbringen aufwaerts stroemender Daempfe mit abwaerts stroemenden Fluessigkeiten - Google Patents

Description

Gegenstromsäulen dieser Art sind an sich bekannt. Normalerweise strömt die Flüssigkeit in Schächten, Abflußrohren oder entsprechend wirkenden Einrichtungen von der höher gelegenen zu der nächsttieferen Zone,

während die Dämpfe von Zone zu Zone aufwärts durch 10 Esso Research, and Engineering Company,

Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West, und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 26. März 1952

im Boden angebrachte Kamine und um verschiedene Ausführungen von Glocken oder entsprechend wirkende Einbauten herum in die Flüssigkeit strömen, die sich auf dem Boden befindet. Die Flüssigkeit strömt quer über den Boden, dann über ein Überlaufwehr in das Ablaufrohr und durch dieses auf den Boden der nächsttieferen Zone. Die Höhe des Flüssigkeitsstandes auf dem Boden wird durch die Höhe des Überlaufwehres bestimmt. Das von der oberen Zone herunterführende Ablaufrohr muß sich bis unter den Flüssigkeitsspiegel des nächsttieferen Bodens ²⁰

erstrecken, damit die Dämpfe nicht durch das Ablaufrohr

nach oben strömen, sondern ihren Weg durch die Glockenböden nehmen. Bei Flüssigkeit-Gas-Kontakteinrichtungen dieser Art hängt die Kapazität des Bodens und dementsprechend des Turmes weitgehend von dem Wirkungs- ²5

grad ab, mit welchem die abwärts strömende Flüssigkeit η

quer über den Boden in das Ablaufrohr fließt. So hängt

also die Kapazität eines Fraktionierturmes, abgesehen Boden strömen kann. Für eine gegebene Flüssigkeitsvon den Begrenzungen durch Hilfseinrichtungen, wie geschwindigkeit quer über den Boden ist die Flüssigkeitsöfen, Speisepumpen, Kondensatoren usw., von verschie- 3o Stauung direkt proportional dem Volumen der in der Zeitdenen Faktoren ab, und zwar von den Beschränkungen, einheit quer über den Boden strömenden Flüssigkeit. Da denen der abwärts gerichtete Flüssigkeitsstrom und der die Flüssigkeit auf dem Boden durch die Dämpfe »beaufwärts gerichtete Dampfstrom unterworfen sind, wenn lüftet« wird, ist das von der Flüssigkeit eingenommene ein wirksamer Kontakt beider Phasen erzielt werden soll. Volumen eine Funktion der Dampfgeschwindigkeit im Ein wirksamer Kontakt erfordert die Verhinderung 35 Turm und der Menge der auf dem Boden gestauten eines zu schnellen oder freien Durchganges einer oder Flüssigkeit. Bei normalem Abstand der Böden wird die mehrerer Phasen durch den Turm sowie die Begrenzung Kapazität des Turmes im Endergebnis durch den Flüssigder Strömung der Phasen selbst. Das Auslaufen der Böden, keitsstrom begrenzt, der sich dem oberen Boden nähert wobei Flüssigkeit durch die Kamine der Glockenböden und ein übermäßiges Mitreißen zur Folge hat. Dementfließt, ist ein Beispiel für eine zu freie Strömung der 4o sprechend köpnen höhere Kapazitäten erreicht werden, Flüssigkeit. Die Stauung nicht abfließender Flüssigkeit wenn die Flüssigkeitsstauung verringert wird. Eine verim Ablaufrohr ist die entgegengesetzte Art der Begren- ringerte Stauung wird gemäß der Erfindung erreicht, nach zung, die wegen zu starken Mitreißens und schließlichen welcher die aufwärts strömenden Dämpfe in einer solchen Überflutens des Turmes zu einem schlechten Wirkungs- Weise durch die Böden geleitet werden, daß die Flüssiggrad führt. Ein ähnlich starkes Mitreißen erfolgt durch 45 keit mit größerer Geschwindigkeit quer über den Boden übermäßig hohe Dampfgeschwindigkeiten. In einem Turm getrieben wird.

mit typischen Glockenböden herrscht jede dieser Be- Bei der erfindungsgemäßen Gegenstromsäule, die in an

schränkungen in einem bestimmten Bereich der Dampf- sich bekannter Weise aus einem senkrechten Turm begeschwindigkeit vor. steht, in dem mehrere waagerechte Böden senkrecht

Ein Betriebsnachteil ist eine zu große Flüssigkeits- 5o untereinander angeordnet sind, durch die jeweils ein Stauung, welche in Abwesenheit von Begrenzungen be- senkrechtes Ablaufrohr hindurchgeführt ist, das oberhalb züglich des Ablaufrohres und von Strömungshindernissen und unterhalb des betreffenden Bodens in einem Abstand auf dem Boden durch die lineare Geschwindigkeit be- von beiden benachbarten Böden endet, sind die Böden stimmt wird, mit welcher die Flüssigkeit quer über den über einen wesentlichen Teil ihrer Fläche mit einer großen

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Anzahl ausgestanzter Laschen versehen, die einen Dampf- von der Grundfläche des Bodens bis zu einem Punkte durchtritt nur in schräger Richtung gestatten. nach oben erstreckt, der höher als das untere Ende des

Erfindungsgemäß sind nun die Laschen derart ausge- darüberliegenden Ablaufrohres liegt. Das Reaktionsgefäß stanzt, daß der durch den betreffenden Boden aufwärts besitzt außerdem eine Zufuhrleitung 16, eine Abzugsströmende Dampf in Richtung auf das dem Boden züge- 5 leitung 17 für die gasförmigen Produkte und am Boden ordnete Ablaufrohr hin abgelenkt wird, und daß sie mit eine Abzugsleitung 19 für schwerere Produkte. Im Betrieb der Bodenplatte Winkel von 12 bis 25°, vorzugsweise von kann jede Bodenzahl verwendet werden. Das dampf-15 bis 20°, bilden, die sich in Richtung nach dem Ablauf- förmige Ausgangsgut wird der Fraktioniersäule 10 an rohr hin verkleinern. mittlerer Stelle durch Leitung 16 zugeführt. Tempera-

Die Ausbildung der Böden von Gegenstromsäulen mit i° türen und Drücke werden so eingestellt, daß die aufwärts ausgestanzten Laschen, die einen Dampfdurchtritt nur in strömenden Dämpfe durch die Kamine 12 und Glocken 14 schräger Richtung gestatten, ist an sich bekannt. Bei den hindurchtreten und die Flüssigkeit durchströmen, die bekannten Vorrichtungen sind jedoch die Durchtritts- sich auf jedem Boden befindet und deren Höhe sich durch Öffnungen in den Böden so angeordnet, daß die Flüssig- das Überlaufwehr 15 bestimmt. Die Flüssigkeit auf jedem keit eine kreisförmige Bewegung auf dem Boden aus- 15 Boden enthält gelöste oder kondensierte Bestandteile aus führen muß. Da bei diesen bekannten Gegenstromsäulen dem durch Leitung 16 zugeführten dampfförmigen Bedie Ablaufrohre der aufeinanderfolgenden Böden ab- schickungsgut. Die über jeden Boden und jedes Überlaufwechselnd am Umfang und in der Mitte der Böden ange- wehr nacheinander nach unten fließende Flüssigkeit wird ordnet sind, wird durch die bekannte Ausbildungsweise als Rücklauf bezeichnet. Der Rücklauf entsteht normalerdie auf dem Boden befindliche Flüssigkeit durch den durch 20 weise durch Kondensation eines Teiles der durch Leitung die Laschenschlitze hindurchtretenden Dampf nicht, wie 17 abgezogenen Dämpfe und wird durch Leitung 20 dem nach der Erfindung, in Richtung auf das jeweilige Ablauf- Kopf der Säule 10 zugeführt. Die Dämpfe für den unterrohr hin, sondern in einer senkrecht oder tangential hierzu halb der Zufuhrleitung 16 gelegenen Teil der Säule 10 verlaufenden Richtung getrieben. werden gewonnen, indem man einen Teil des aus Leitung 19

Durch die mit den erfindungsgemäß ausgebildeten 35 abgezogenen schweren Produktes verdampft und diese Böden ausgestattete Gegenstromsäule wird die Stauung Dämpfe durch Leitung 21 zuführt.

der Flüssigkeit auf den einzelnen Böden dadurch herabge- Fig. 2 entspricht der Fig. 1 mit der Maßgabe, daß die

setzt, daß die aufwärts strömenden Dämpfe und die quer Glocken 14 durch erfindungsgemäß angeordnete Laschen über den Boden strömende Flüssigkeit zwangläufig in 24 ersetzt sind. ■;:

gleicher Richtung strömen, d. h., daß der Dampfstrom so 3° Gemäß Fig. 3 strömt die Flüssigkeit durch das Ablaufgerichtet ist, daß die Geschwindigkeit der quer über den rohr 41 abwärts auf den Boden 40 und dann quer über die Boden strömenden Flüssigkeit erhöht und ihre Stauung Laschen 42 hinweg, welche die Durchtrittsöffnungen überdamit auf einen Mindestwert herabgesetzt wird. decken, durch welche die aufwärts strömenden Dämpfe

Im Gegensatz dazu gibt die kreisförmige Bewegung der hindurchtreten und mit der strömenden Flüssigkeit in Flüssigkeit, wie sie bei den Schlitzbodenkolonnen des 35 Kontakt kommen. Die Flüssigkeit strömt nun weiter über Standes der Technik stattfindet, zu Unregelmäßigkeiten das Überlaufwehr 43 durch das Ablaufrohr 44 auf den der Strömung über den Boden Anlaß. Die gleichsinnige darunterliegenden Boden.

Strömungsrichtung von Dampf und Flüssigkeit über den Fig. 4 a bis 4e zeigen die verschiedenen Arten von

Boden im Sinne der Erfindung verhindert in wesentlich Laschend, B, C, D und E, welche verwendet werden wirksamerer Weise ein Ansteigen der Flüssigkeit auf dem 40 können. Fig. 5 zeigt einen Boden 50 und eine Lasche 51, Boden und gewährleistet dabei doch einen guten Kontakt die miteinander den Laschenwinkel bilden, ,zwischen Flüssigkeit und Dämpfen. Der erfindungsgemäß erzielte technische Fortschritt

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient die liegt darin, daß die Flüssigkeitshöhe an der Einlaufstelle Zeichnung, in der Ausführungsformen der Erfindung dar- des Bodens verringert wird. Bei einem normalen Glockengestellt sind. Es zeigt 45 boden neigt die Flüssigkeit dazu, an der Einlaufstelle des Fig. 1 eine Fraktioniersäule mit den üblichen Glocken- Bodens ein höheres Niveau aufzubauen als an anderen boden, Stellen des Bodens. Durch die erfindungsgemäße An- ; Fig. 2 eine Fraktioniersäule mit dem Laschenboden Ordnung von Laschen an Stelle von Glocken kann man , nach der Erfindung, die entgegengesetzte Wirkung erzielen, indem die Flüssig-Fig. 3 die Draufsicht auf den erfindungsgemäßen 50 keitshöhe an der Einlaufstelle niedriger ist als sonst auf Laschenboden, dem Boden.

Fig. 4a und 4b verschiedene Formen von Laschen, Die Form der Laschen ist nicht entscheidend. Man kann

welche verwendet werden können, und halbkreisförmige Ablenkplatten verwenden, die auf der :,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Laschenbodens mit dem einen Seite gegen das Abflußrohr offen sind; die Laschen Laschenwinkel. 55 können quadratisch oder rechtwinklig, auch gekrümmt

In Fig. 1 ist die Glockenbodenkolonne 10 nach dem oder in anderer Weise ausgebildet sein. Stande der Technik mit einer Reihe von senkrecht unter- Eine einfache und wirkungsvolle Anordnung kann hereinander angeordneten waagerechten durchlochten gestellt werden, indem man die erforderlichen Boden-Böden 11 ausgestattet, die miteinander eine Reihe von Öffnungen ausstanzt. Dadurch entstehen abgewinkelte senkrecht übereinander liegenden Kontaktkammern oder 60 Metallzungen, die mit einer Seite mit der Grundplatte -zonen bilden. Diese Kammern oder Zonen sind miteinan- verbunden sind und die Dämpfe gegen das Ablaufrohr der durch die in den Böden befindlichen Durchtrittsöff- hin lenken.

nungen 12 verbunden, während von Boden zu Boden Die Leitbleche oder Laschen können mit Schlitzen an

abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten der Säule Ab- ihren offenen Enden ausgestattet sein, sie können auch lauf rohre angeordnet sind, die sich von jedem Boden 65 durchlocht oder geschlitzt sein. Indessen müssen sie ersenkrecht nach unten bis auf den darunterliegenden findungsgemäß den Dampfstrom in Richtung des Abfluß-Boden erstrecken. Die Durchtrittsöffnungen 12 durch die rohres leiten.

Böden sind jeweils mit Glocken 14 abgedeckt. Außerdem Erfindungsgemäß werden die Laschen auf den Böden

ist jeder Boden 11 mit einem Überlaufwehr 15 versehen, so ausgestanzt oder hergestellt, daß der Laschenwinkel welches den Einlaß zum Ablaufrohr 13 bildet und sich 70 innerhalb eines kritischen Bereiches liegt. Es wurde

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gefunden, daß der Laschenwinkel und die Verteilung der Laschen und der Laschenwinkel über dem Boden von großer Bedeutung sind und daß eine einwandfreie Arbeitsweise nur dann erreicht werden kann, wenn diese Faktoren in der richtigen Weise berücksichtigt sind. Wenn z. B. ein Laschenwinkel von gleicher Größe auf dem gesamten Boden verwendet wird, ist es wesentlich, daß er zwischen etwa 12 und 25, vorzugsweise 15 und 20° liegt. Bei Laschenwinkeln unter etwa 12° ist die Dampfkapazität des Bodens nicht höher als bei den üblichen Glockenboden ; bei Winkeln über etwa 25° kufen die Böden zu stark aus, wodurch der Wirksamkeitsbereich begrenzt wird, wie im nachfolgenden Beispiel erläutert ist.

Beispiel 1

Es wurden verschiedene Versuche unter Verwendung verschiedener Laschenwinkel durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. (Die Werte wurden in einem Versuchshalbturm von 3 m Durchmesser unter Verwendung von Luft und Wasser ermittelt. Der Boden hatte 344 Laschen von 5 cm, die versetzt angeordnet waren; Abstände der Mittelpunkte = 9 cm).

	Geschwindig	(A)	(B)	(A-B)
	keit der	Geschwindig	Geschwindig	Arbeits
	Flüssigkeit	keit des	keit des	bereich
		Dampfes	Dampfes
WlUKcI		beim Über	beim be
	l/m2/h	flutungs-	ginnenden	m/Sek.
	32 600	punkt	Auslaufen	0,48
Grad	32 600	m/Sek.	m/Sek.	0,94
5	32 600	1,20	0,72	1,28
10	32 600	2,26	1,32	1,31
15	32 600	3,09	1,81	1,20
16,5	32 600	3,25	1,94	0,87
20	32 600	3,39	2,19	0,33
25	32 600	3,32	2,50	1,24
30	12 430	3,07	2,62	0,52
Glocken boden	12 430	2,66	1,42	0,98
5	12 430	1,20	0,69	1,18
10	12 430	2,16	1,24	1,20
15	12 430	2,88	1,69	1,14
16,5	12 430	3,01	1,81	0,87
20	12 430	3,08	1,94	0,39
25	12 430	2,79	1,91	—
30	2,07	1,68
Glocken boden	2,88	—

Aus der vorstehenden Tabelle ist zu ersehen, daß ein einwandfreier Arbeitsbereich bei Laschenwinkeln zwischen 12 und 25° liegt, wenn man auf einem Boden gleiche Laschen winkel verwendet.

Eine bevorzugte Arbeitsweise ist es, quer über den Boden in Richtung des Flüssigkeitsstromes abnehmende Laschenwinkel zu verwenden. Diese Ausführungsform ist in dem nachfolgenden Beispiel erläutert.

Beispiel 2

Es wurde eine Reihe von Versuchen in einem Turm von 3 m Durchmesser durchgeführt. Wenn man den Laschenwinkel in der üblichen Weise auf 20° bemißt und der Boden 344 Laschen von 5 cm Weite besitzt, die so versetzt bzw. im Dreieck angeordnet sind, daß die Mittelpunkte 9 cm Abstand haben, können durch einen solchen Boden von 3 m Durchmesser nur 850 m³/Min. Dampf durchgesetzt werden, wenn 1987 l/Min. Flüssigkeit über den Boden fließen. Wenn der Laschenwinkel auf dem ersten Drittel des Bodens, von der Einlaufseite ab gerechnet, auf 45° vergrößert wird und bis zum Abfluß auf 10° abnimmt, erhöht sich die Dampfdurchsatzkapazität des Bodens auf 991 m³/Min. Das entspricht einer Erhöhung um 17%.

Wenn man also Laschenwinkel verwendet, deren Größe in Richtung des Flüssigkeitsstromes abnimmt, liegen ihre Werte nicht innerhalb des oben angegebenen Bereiches von 12 bis 25°.

Bei dieser Arbeitsweise soll vielmehr das erste Drittel des Bodens, wieder in Richtung des Flüssigkeitsstromes gerechnet, Winkel zwischen etwa 30 und 60°, das mittlere Drittel vorteilhaft zwischen etwa 12 und 24° und das letzte Drittel zwischen 5 und 15° haben. Wenn also alle Laschen auf einem den Dampf richtenden Boden den gleichen Winkel haben, liegt der einzuhaltende Wert zwischen etwa 15 und 20°. Unter diesen Bedingungen sind Böden, deren Laschenwinkel über 25 oder unter etwa 12° liegen, weniger wirksam.

Indessen erhält man durch Abstufung der Winkel bessere Verhältnisse für Arbeitsbereich und maximale Dampfdurchsatzkapazität. Hierbei sollen die Laschenwinkel in der oben angegebenen Weise abgestuft sein. Es wurden auch andere Kombinationen erprobt, sie erwiesen sich jedoch als unterlegen. Wenn man z. B. alle Laschenwinkel auf 90° vergrößert, aber die Dampfströrnung auf dem letzten Drittel des Bodens verringert, indem man jede zweite Laschenreihe frei läßt, erhält man keine guten Ergebnisse. Wenn man den Laschen winkel im ersten Drittel des Bodens auf 45° verkleinert, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit quer über den Boden zu erhöhen, erhält man ebenfalls schlechtere Ergebnisse. Das Ergebnis ist ferner unbefriedigend, wenn der Mittelteil des Bodens keine Durchtrittsöffnungen enthält sowie auch dann, wenn der Winkel jeder zweiten Lasche auf der Einlaufseite von 45 auf 20° verkleinert wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gegenstromsäule zum Inberührungbringen aufwärts strömender Dämpfe mit abwärts strömenden Flüssigkeiten, bestehend aus einem senkrechten Turm, in dem mehrere waagerechte Böden senkrecht untereinander angeordnet sind, durch die jeweils ein senkrechtes Ablaufrohr hindurchgeführt ist, das oberhalb und unterhalb des betreffenden Bodens in einem Abstand von beiden benachbarten Böden endet, und die über einen wesentlichen Teil ihrer Fläche mit einer großen Zahl ausgestanzter Laschen versehen sind, die einen Dampfdurchtritt nur in schräger Richtung gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (24) derart ausgestanzt sind, daß der durch den betreffenden Boden aufwärts strömende Dampf in Richtung auf das dem Boden zugeordnete Ablaufrohr hin abgelenkt wird, und daß sie mit der Bodenplatte Winkel von 12 bis 25°, vorzugsweise von 15 bis 20°, bilden, die sich in Richtung nach dem Ablaufrohr hin verkleinern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschenwinkel an der Einlaufseite des Bodens in einem Bereich von etwa 30 bis 60°, im mittleren Teil zwischen etwa 12 und 24° und an der Ablaufseite zwischen etwa 5 und 15° liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 903 447;
österreichische Patentschrift Nr. 162 563.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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