DE1256192B - Stoffaustauschkolonnenboden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 a - 5

Nummer: 1 256 192

Aktenzeichen: S 93950IV c/12 a

Anmeldetag: 28. Oktober 1964

Auslegetag: 14. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft Stoffaustauschkolonnen zum Vermischen von Flüssigkeiten und Gasen und betrifft insbesondere einen Stoffaustauschkolonnenboden mit einer oder mehreren rohrförmigen Austauschkammern, die an einem Ende mit Einrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit und Gas und am anderen Ende mit Einrichtungen zur Abführung von Flüssigkeit und Gas versehen sind, wobei die Kammern Einrichtungen aufweisen, die dem Gas eine rotierende Bewegung verleihen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die rohrförmigen Austauschkammern 2 mit einer rohrförmigen Wand 8 im Abstand 7 umgeben sind.

Es sind rohrförmige Austauschkammern bekannt, bei denen sich während des Austauschprozesses das Gas und die Flüssigkeit in gleicher Richtung bewegen, wobei die Flüssigkeit versprüht wird, um die Geschwindigkeit des Austauschvorgangs zu erhöhen. Die Rotation des Gases ist dabei von großer Bedeutung für die Abscheidung der Flüssigkeit.

In der Praxis, z. B. beim Destillieren in Ölraffinerien, nehmen oft sehr große Mengen an dem Austauschvorgang zwischen Gas und Flüssigkeit teil, und in solchen Fällen ist das Arbeiten mit den erwähnten rohrförmigen Austauschkammern sehr empfehlenswert, da dabei hohe Gasgeschwindigkeiten angewendet werden können. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es empfehlenswert, mehrere rohrförmige Austauscheinrichtungen mit geringem Durchmesser vorzusehen anstatt einer einzigen Austauschkammer mit großem Durchmesser, denn bei gegebenem Wirkungsgrad muß eine rohrförmige Kammer mit großem Durchmesser länger sein als eine solche mit geringem Durchmesser. Ordnet man nun auf einem Kolonnenboden mehrere kleine Austauschröhren dicht nebeneinander an, so kann man bei viel geringerer Höhe die gleiche Menge an Produkt der gewünschten Beschaffenheit erzeugen als mit einem Boden, der nur eine einzige rohrförmige Kammer aufweist, deren Durchmesser so groß ist, daß der gleiche Wirkungsquerschnitt erreicht wird.

Selbstverständlich müssen die rohrförmigen Austauschkammern so dicht wie möglich angeordnet werden, was besondere Anforderungen an die Beschaffenheit der Einrichtungen für die Zu- und Abführung der Flüssigkeit bei der einzelnen Kammer stellt. Die Zu- und Abführeinrichtungen müssen nach Möglichkeit so ausgestaltet sein, daß mehrere Böden übereinander angeordnet werden können, da meistens, beispielsweise bei der Destillation, der Austauschvorgang in mehreren Stufen durchgeführt werden muß, wenn man den gewünschten Trenngrad er-Stoffaustauschkolonnenboden

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N. V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Paulus Versluys,

Willem Cornelis Van 't Sant, Den Haag;

Francois Antoine Hubert Gilissen,

Willem Hendrik Manger,

Amsterdam (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 30. Oktober 1963 (299 912)

reichen will. Die Erfindung zeigt einen Weg, der die Verwirklichung dieser Anforderungen auf einfache Weise ermöglicht.

Erfindungsgemäß weisen die rohrförmigen Austauschkammern neben ihrer Innenwand eine ebenfalls rohrförmige Hüllwand auf, wobei der Raum zwischen beiden Wänden zur Abführung der Flüssigkeit dient. Am oberen Ende der Austauschkammer wird die Flüssigkeit, die von dem Gasstrom abgetrennt wurde, durch an sich bekannte Einrichtungen allseitig aufgefangen und in den Raum zwischen den beiden Wänden geleitet. Die Weite des mantelförmigen Zwischenraumes zwischen den beiden Rohren kann der Menge der zu verarbeitenden Flüssigkeit angepaßt werden.

Zweckmäßigerweise ist die äußere Hüllwand am Abführungsende der Austauschkammer länger als der eigentliche Austauschraum, wobei das überstehende Ende dieser Außenwand nach innen eingebogen ist, derart, daß der kleinste Durchmesser des umgebogenen Teiles gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Austauschkammer, so daß die abzuführende Flüssigkeit, die auf Grund der rotierenden Bewegung des Gases allseitig über den Rand des Austauschraumes strömt, durch die rohrförmige Hüll-

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wand abgefangen wird. Auf diese Weise erübrigen sich andere Einrichtungen zum Abfangen der Flüssigkeit.

Die in dem mantelförmigen Zwischenraum zwischen der Außen- und der Innenwand abfließende Flüssigkeit muß von der zuströmenden Flüssigkeit getrennt gehalten werden. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß sich der mantelförmige Zwischenraum mindestens bis zur Unterseite des Bodens, auf welchem die betreffende Kammer angeordnet ist, erstreckt. Zweckmäßigerweise mündet der Raum zwischen der Austauschkammer und der Hüllwand am Zufuhrende in einen ringförmigen Ablauf ein, der unterhalb des betreffenden Kolonnenbodens angeordnet ist und über welchen die abgeführte Flüssigkeit in einen unterhalb des Bodens liegenden Raum abgeführt werden kann.

Um unerwünschte Wirkungen von Druckdifferenzen zwischen den beiden Seiten des Kolonnenbodens, also etwa eine unregelmäßige Abführung der Flüssigkeit zu vermeiden, ist es außerdem vorteilhaft, wenn in der ringförmigen Abflußrinne eine Flüssigkeitsdichtung (Siphon) vorgesehen ist.

Aus Konstruktionsgründen ist es ferner zweckmäßig, wenn in der Nähe des Bodens eine oder mehrere Verbindungen zwischen dem Raum außerhalb der rohrförmigen Hüllwand und dem Innenraum der Austauscheinrichtung vorgesehen sind, durch welche der letzteren Flüssigkeit zugeführt wird. In diesem Fall kann die aufzugebende Flüssigkeit frei über den Boden geführt werden. Eine derartige Verbindung kann z. B. eine Rohrleitung sein.

Eine hinsichtlich ihrer Konstruktion sehr einfache Verbindung wird erhalten, wenn man es so einrichtet, daß die beiden Wände sich an der Einmündungsstelle jeder Verbindung berühren. Dies kann erreicht werden durch Ausbauchen der Innenwand oder durch Einziehen der Hüllwand, wobei dann die Verbindung in der Tangentialebene einmündet. Diese Methode ist besonders vorteilhaft bei der Massenproduktion von Austauscheinrichtungen dieser Art. Die Verwendung einer rohrförmigen Hüllwand nach der Erfindung, die gegebenenfalls mit den erwähnten zusätzlichen Verbesserungen ausgestattet sein kann, ermöglicht die Anordnung einer größeren Anzahl rohrförmiger Austauscheinrichtungen eng aneinander auf einem gemeinsamen Boden, da man auf diese Weise zu einer vollständigen oder so gut wie vollständigen axialen Symmetrie der Austauschkammern mit den Zu- und Abführeinrichtungen kommt. Ist andererseits nur eine geringe Kapazität der Gesamtvorrichtung erforderlich, so kann mit Vorteil ein Boden mit nur einer Austauschkammer nach der Erfindung verwendet werden, dessen Konstruktion dann einfacher ist.

Der Raum zwischen der äußeren Hüllwand und der Innenwand, der für die Abführung der Flüssigkeit verfügbar ist, wird nicht immer voll beansprucht. Ein Teil dieses Zwischenraumes kann dann ausgenutzt werden zur stellenweisen Vergrößerung des Querschnittes der Austauschkammer, und zwar durch Ausbauchung der Innenwand in den Zwischenraum hinein. Diese Ausbauchungen können beispielsweise zur Längsachse der Austauschkammer parallel laufen. Auf diese Weise läßt sich die Kapazität der Kammer erhöhen.

Andererseits kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Hüllwand mit Einbuchtungen versehen wird, die in den Raum zwischen der Außen- und Innenwand hineinragen. Die auf einem Kolonnenboden angeordneten Austauschkammern können dann enger zusammengerückt werden, so daß die notwendige Bodenfläche verringert wird. Durch diese Anordnung ist gegebenenfalls auch ein größerer Raum für die Zufuhr der Flüssigkeit zwischen den einzelnen Austauschräumen verfügbar, was in manchen Fällen von Vorteil sein kann.

Die Verbindung zwischen dem Raum außerhalb der rohrförmigen Hüllwand und dem Inneren der Austauschkammer, die zur Flüssigkeitszufuhr dient, kann kombiniert werden mit der obenerwähnten raumsparenden Ausbauchung bzw. Einziehung der Wände.

Die rohrförmigen Austauscheinrichtungen nach der Erfindung können aus Einzelteilen aufgebaut werden, die man beispielsweise durch Löten, Schweißen, Falzen oder Nieten verbindet. Die Herstellung der Einzelteile kann z. B. durch Stanzen, Formen, Tiefziehen, Vergießen, Spritzguß usw. erfolgen.

Aus einzelnen Böden, die mit einer oder mehreren rohrförmigen Austauscheinrichtungen mit Hüllwand nach der Erfindung versehen sind, kann auf einfache Weise eine Kolonne aufgebaut werden, die aus zwei oder mehr im Inneren einer gemeinsamen Ummantelung übereinander angeordneten Böden besteht. Vorteilhafterweise stehen dabei die Austauschkammern, die auf jedem Boden an korrespondierenden Stellen angeordnet sind, in Reihen übereinander. Auf diese Weise fließt die aus der oberen Austauschkammer abgeführte Flüssigkeit nicht unmittelbar in die darunterliegenden hinein, was sehr wünschenswert ist. Außerdem kann auf diese Weise das die eine Austauschkammer verlassende Gas die darüberliegende mit geringstem Widerstand erreichen.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine rohrförmige Austauscheinrichtung nach der Erfindung, die auf einem Kolonnenboden angeordnet und erfindungsgemäß mit einer ebenfalls rohrförmigen Hüllwand versehen ist;

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine ähnliche rohrförmige Austauscheinrichtung, wobei die angrenzenden Austauscheinrichtungen noch teilweise sichtbar sind;

F i g. 3 und 4 zeigen im Längs- und im Querschnitt auf einem Boden angeordnete rohrförmige Austauschkammern mit Hüllwand nach der Erfindung in besonderen Ausführungsformen;

F i g. 5 zeigt im Quer- und im Längsschnitt einen Teil einer aus mehreren Böden aufgebauten Kolonne, wobei auf den Böden eine Anzahl Austauschkammern mit Hüllwand nach der Erfindung angeordnet sind.

In F i g. 1 bedeutet 1 den Boden. In der von der rohrförmigen Innenwand 2 gebildeten Austauschkammer ist eine Flügelleitfläche 3 angeordnet. Das Gas tritt durch die Öffnung 4, die Flüssigkeit über Leitung 5 ein. Zwischen der Flügelleitfläche 3 und der öffnung 4 können Einrichtungen zum Versprühen der Flüssigkeit, z. B. eine weitere Flügelleitfläche oder Prallflächen am Inneren der Wand, vorgesehen sein. Der Prallring 6 fängt die durch 3 abgeschiedene Flüssigkeit ab, die dann durch den Zwischenraum 7 zwischen der Innenwand 2 und der Hüllwand 8 in die Rohrleitung 9 abläuft, während

das Gas über die Öffnung 10 nach oben abgeführt wird.

In F i g. 2 bedeutet 11 das nach innen umgebogene Ende der Hüllwand 8, das ähnlich wie das Prallblech 6 in F i g. 1 dazu dient, die bei 3 abgeschiedene Flüssigkeit abzufangen und in den Zwischenraum 7 zu leiten, von wo sie in die Rinne 12 abläuft. Das untere Ende 13 der Hüllwand 8 ragt in diese Rinne hinein und bildet so einen Flüssigkeitsabschluß in der Art eines »Siphons«. Beim weiteren Zufließen fließt die Flüssigkeit über den Rand der Rinne 12 und durch den Zwischenraum zwischen den verschiedenen Austauscheinrichtungen hinunter auf den nächstunteren Boden. Die Öffnung 14 dient der Zufuhr an Flüssigkeit, die über den Schlitz 15 in die Austauschkammer einströmt. Der Abstand zwischen benachbarten Austauscheinrichtungen kann an sich beliebig gewählt werden.

In F i g. 3 erfolgt die Flüssigkeitszufuhr durch die Öffnung 14 in den Wänden 2 und 8, die an dieser Stelle durch Einbuchten der Wand 8 zusammengepreßt sind. Bei dieser Ausführungsform erreicht die zugeführte Flüssigkeit die Austauschkammer über die öffnungen 16. In dem zugehörigen Querschnitt entlang der Linie A-A ist eine Mehrzahl an Zufuhröffnungen 14 dargestellt, die im Interesse einer besseren Verteilung der Zufuhrflüssigkeit über den gesamten Umfang der Austauscheinrichtung vorgesehen sein können.

In F i g. 4 bedeutet 17 eine Stelle, an welcher die Innenwand der Austauscheinrichtung so weit ausgebaucht ist, daß sie die Wand 8 über eine längere Strecke berührt. Der zugehörige Querschnitt zeigt mehrere derartige Ausbauchungen, innerhalb deren auch die Zufuhröffnungen 14 liegen können.

F i g. 5 zeigt im Quer- und Längsschnitt eine Kombination von mehreren Austauscheinrichtungen nach der Erfindung innerhalb einer Kolonne. 18 ist die äußere Kolonnenwand. Die Austauscheinrichtungen sind auf den einzelnen Böden an korrespondierenden Stellen angeordnet und liegen daher in Reihen übereinander. Die durch die Zwischenräume 8 abfließende Flüssigkeit passiert den jeweiligen Boden 1 und mündet in die Rinnen 12 ein, aus denen sie an den Austauscheinrichtungen entlang auf den darunterliegenden Boden herabfließt, von wo sie über die jeweiligen Öffnungen 14 in die auf diesem unteren Boden angeordneten Austauschkammern eingeführt wird. Das Gas streicht durch die auf den verschiedenen Böden übereinander angeordneten Austauschkammern von unten noch oben.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Stoffaustauschkolonnenboden mit einer oder mehreren rohrförmigen Austauschkammern, die an einem Ende mit Einrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit und Gas und am anderen Ende mit Einrichtungen zur Abführung von Flüssigkeit und Gas versehen sind, wobei die Kammern Einrichtungen aufweisen, die dem Gas eine rotierende Bewegung verleihen, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Austauschkammern (2) mit einer rohrförmigen Wand (8) im Abstand (7) umgeben sind.

2. Stoffaustauschkolonnenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Wand (8) über die Austauschkammer (2) hinausragt und daß das überstehende Stück der Wand (8) nach innen gebogen ist, derart, daß der kleinste Durchmesser des eingebogenen Teiles (11) gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Austauschkammer (2).

3. Stoffaustauschkolonnenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (7) an seinem anderen Ende in eine ringförmige Rinne (12) mündet, die unterhalb des Kolonnenbodens (1) angeordnet ist.

4. Stoffaustauschkolonnenboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ringförmigen Rinne (12) ein Flüssigkeitsverschluß (»Siphon« 12, 13) angeordnet ist.

5. Stoffaustauschkolonnenboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Kolonnenbodens (1) eine oder mehrere Verbindungen (14) für die Flüssigkeitszufuhr zwischen dem Raum außerhalb der Wand (8) und der Austauschkammer (2) innen vorgesehen sind.

6. Stoffaustauschkolonnenboden nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle, an welcher die Verbindungen (14) einmünden, sich die beiden rohrförmigen Wände (2, 8) durch Ausbuchtungen (17) der Innenwand (2) der Austauschkammer und/oder durch Einziehung (F i g. 3) der Wand (8) berühren und daß die Verbindungen (14) in der Tangentenebene vorgesehen sind.

7. Stoffaustauschkolonnenboden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Austauschkammer (2) durch Ausbuchtungen (17) in dem Zwischenraum (7) zwischen der Wand (2) und der Wand (8) stellenweise erweitert ist.

8. Stoffaustauschkolonnenboden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (8) mit Einziehungen in dem Zwischenraum (7) versehen ist.

9. Stoffaustauschkolonne nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Böden (1) an korrespondierenden Stellen stehenden rohrförmigen Austauschkammern etwa senkrecht übereinander angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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