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Kaskaden-Böden für Gegenstromstoffaustausch-Kolonnen Die vorliegende
Erfindung betrifft neuartige Kaskaden-Böden für Gegenstromstoffaustausch-Kolonnen,
die für Einwirkungen zwischen Gasen und Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. zum
Reinigen, Absorbieren, Kühlen, Mischen, Destillieren oder ähnlichen Austauschvorgängen.
Kaskaden-Böden werden im allgemeinen dann verwendet, wenn durch die Abscheidung
von Feststoffen während der Einwirkung zwischen Gas und Flüssigkeit die Gefahr besteht,
daß sich die sonst üblichen Austauschelemente der Kolonnen, wie z.B. Füllkörper,
Glocken- oder Siebböden, verstopfen. Im allgemeinen sind die Kaskaden-Böden nach
unten geneigte Bleche, über deren Oberfläche die Flüssigkeit herabrieselt, während
im Gegenstrom die gasförmige Phase aufsteigt. Weiterhin sind Kaskaden-Böden bekannt,
die aus konzentrischen Scheiben bzw. Ringscheiben bestehen, die abwechselnd in der
Säulenachse und am Säulenmantel angebracht sind. Die Scheiben sind so angeordnet,
daß die Flüssigkeit abwechselnd vom äußeren Rand der zentralen Scheibe und durch
die zentrale Aussparung der darunterliegenden, randständig angebrachten Ringscheibe
abfließt. Die bekannten Kaskaden-Böden besitzen jedoch den wesentlichen Nachteil,
daß bei einer Abscheidung von Feststoffen während des Austauschvorganges sich die
Feststoffe in den strömungstoten oder strömungsarmen Ecken oder Zonen, also vor
allem an der Unterseite der Kaskaden-Böden, festsetzen und dadurch Umfang und Intensität
der Leistung eines solchen Austauschers wesentlich herabsetzen. Durch Abfallen größerer
Stücke des abgesetzten Feststoffs während des Betriebs der Säule können außerdem
Verstopfungen der freien Querschnitte eintreten. Eine kontinuierliche Durchführung
des Austauschverfahrens über längere Zeit ist daher besonders bei der Abscheidung
von zum Kleben neigenden Feststoffen nicht möglich.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile vermeiden und einen
wesentlich besseren Wirkungsgrad der Kaskaden-Böden erzielen kann, wenn man den
Ablaufelementen eine bestimmte Form und Anordnung gibt. Insbesondere kann durch
eine spezielle Gestaltung der Unterseiten dieser Ablaufelemente ein Ansetzen der
sich abscheidenden Feststoffe vermieden und damit ein höherer Wirkungsgrad und eine
gleichmäßigere Leistung als bei den bisher bekannten Kaskaden-Böden erzielt werden.
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Gegenstand der Erfindung sind somit Kaskaden-Böden zum Einbau in
Gegenstromstoffaustausch-Kolonnen mit abwechselnd um die Säulenachse zentral angeordneten
Ablaufelementen und am Säulenmantel sitzenden Ablaufringen, die so gestaltet
sind,
daß die zentralen Ablaufelemente als Kegel oder Pyramiden mit durch Spitze und Grundflächenmittelpunkt
verlaufender Achse und mindestens 300 Basiswinkel ausgebildet sind und die randständigen
Ablaufringe mindestens 300 gegen die Horizontale nach unten geneigt sind und daß
sowohl die zentralen als auch die randständigen Abiaufflächen an der Unterseite
durch etwa spiegelbildlich angeordnete Flächen begrenzt sind.
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Besonders vorteilhaft arbeiten Kolonnen mit diesen Kaskaden-Böden
dann, wenn die zentralen Ablaufelemente kegelförmig ausgebildet und von unten durch
einen Gegenkegel abgeschlossen sind. Durch die Ausbildung der Unterseiten als etwa
spiegelbildliche Flächen zu den Ablaufflächen werden die toten bzw. strömungsarmen
Ecken vermieden, in denen sich die abgeschiedenen Feststoffe sonst leicht absetzen.
Damit wird die Durchführung kontinuierlicher Verfahren ohne weiteres möglich.
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Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Kaskaden-Böden
nach der Erfindung. Die linke Seite der Kolonne ist in der Zeichnung perspektivisch
dargestellt, während die rechte Seite als Querschnitt abgebildet ist. Die zentralen
Ablaufelemente sind als Doppelkegel ausgebildet. Durch die erfindungsgemäß e Anordnung
der geneigten randständigen Ablaufringe werden zwei mit den kleineren Kreisflächen
aufeinanderliegende Hohlkegelstümpfe gebildet.
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In der Mittelachse der Säule 1 ist ein Führungsrohr 2 angeordnet,
auf dem die zentralen kegelförmigen Ablaufelemente 3 sitzen, die auf der Unterseite
nach dieser speziellen Ausführungsform durch einen Gegenkegel 4 begrenzt sind. Die
randständigen, geneigten
Ablaufringe 5 sind auf der Unterseite
durch einen spiegelbildlich angebrachten Ablaufring 6 abgeschlossen. Die Ablaufkanten
der zentralen Ablaufelemente und der rand ständigen Ablaufringe sind mit niedngen
gezahnten Schürzen 7 versehen. Das Führungsrohr 2 kann außerdem mit Düsen 8 versehen
sein.
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Die zentralen Ablaufelemente 3, 4 werden zweckmäßig auf einem Führungsrohr
2, das die Mittelachse der Kolonne bildet, in regelmäßigen Abständen aufgereiht.
Vorzugsweise werden sie so befestigt, daß eine weitere Abstützung nicht mehr erforderlich
ist.
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Dadurch wird vermieden, daß Hilfskonstruktionen in den Strömungsweg
ragen, die die Ansatzbildung fördem könnten. Nach der bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung sind die Ablaufelemente 3, 4 als Kegel gestaltet, die einen Basiswinkel
von mindestens 300 haben. Es können jedoch auch Pyramiden, gegebenenfalls mit polygonen
Grundflächen, oder andere Rotationskörper, deren Mantellinien z. B. durch einen
Kreisbogen, eine Parabel, Hyperbel oder Ellipse gebildet werden, verwendet werden.
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Die randständigen Ablaufringe 5, 6 liegen an der Innenwand des Säulenmantels
1 an. Sie können gegebenenfalls durch Stege gegeneinander abgestützt werden, die
an der Innenwand dicht anliegen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die randständigen
Ablaufelemente 5, 6 mit einer elastischen Dichtung gegen die Innenwand zu versehen,
um eine Randläuflgkeit der Flüssigkeit zu vermeiden. Nach der einfachsten Ausführungsform
nach der Erfindung sind die randständigenAblaufelemente 5, 6 als Hohlringe mit einer
zur Mittelachse der Säule gerichteten Ablaufkante ausgebildet. Um ein Absetzen von
Feststoff zu vermeiden, soll die randständige Ablauffläche 5 mindestens 300 gegen
die Horizontale nach unten geneigt sein. Die etwa spiegelbildlich auf der Unterseite
anzubringenden Flächen 6 besitzen dann etwa die gleiche Neigung gegen die Horizontale
nach oben.
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Die abwechselnd randständig und zentral angeordneten Ablaufelemente
sind zweckmäßig so bemessen, daß der Abstand der Ablaufkante des zentralen Ablaufkörpers
3, 4 von der Mittelachse etwas geringer ist als der der Ablaufkante des randständigen
Ablaufringes 5, 6, so daß das zentrale Führungsrohr 1 mit den daran befestigten
Ablaufelementen 3, 4 herausgezogen werden kann, ohne daß ein Ausbau der Ablaufringe
5, 6 erforderlich ist. Auch hierin liegt ein wesentlicher Vorteil der Kaskaden-Böden
nach der Erfindung.
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Besonders vorteilhaft arbeiten die Kaskaden-Böden, wenn der Durchmesser
der Kegelgrundfläche der zentralen Ablaufelemente 3, 4 etwa das 0,7fache des Säulendurchmessers
beträgt. Weiterhin werden optimale Bedingungen - erreicht, wenn die Fallhöhe von
der zentralen zur randständigen Ablaufkante und umgekehrt etwa zu 1/3 des Säulendurchmessers
bemessen wird.
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Die Ablaufkanten der zentralen und der randständigen Ablaufelemente
können zur besserenVerteilung der von oben herabrieselnden Flüssigkeit mit einer
gezahnten Schürze7 versehen sein, die zweckmäßig nur niedrige Zähne besitzt. Ferner
können auf dem zentralen Führungsrohrl an beliebigen Stellen Düsen 8 angebracht
sein, die der Zugabe weiterer Reaktionskomponenten oder dem Austritt von Waschflüssigkeiten
bei der Reinigung der Kolonne dienen können.
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Die Gasgeschwindigkeit im Gegen stromaustauscher soll zweckmäßig
so bemessen sein, daß die ablaufende Flüssigkeit so abgelenkt wird, daß sie sich
über die gesamte Fläche der Ablaufelemente verteilt. Die Flüssigkeitsbelastung kann
ein Mehrfaches der Gasbelastung betragen. Durch die besondere Ausbildung der Kaskaden
nach der Erfindung ergeben sich optimale Ablaufverhältnisse, so daß eine Austauschersäule
mit diesen Kaskaden-Böden im Durchmesser und in der Höhe wesentlich geringer gehalten
werden kann als die bisher bekannten Kaskaden-Kolonnen.