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DE1444368A1 - Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Stoffaustauschkolonne

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DE1444368A1
DE1444368A1 DE19631444368 DE1444368A DE1444368A1 DE 1444368 A1 DE1444368 A1 DE 1444368A1 DE 19631444368 DE19631444368 DE 19631444368 DE 1444368 A DE1444368 A DE 1444368A DE 1444368 A1 DE1444368 A1 DE 1444368A1
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DE
Germany
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pressure drop
mass transfer
packing
flow channels
bodies
Prior art date
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Application number
DE19631444368
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English (en)
Inventor
Huber Dipl-Ing Dr Max
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
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Publication date
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Description

betreffend:
wStoffaustauschkolonne"
Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschkolonne, die von einer Flüssigkeit und einem gas- oder dampfförmigen Mittel durchsetzt wird und in deren Stoffaustauschteil Füllkörper angeordnet sind.
In derartigen Stoffaustauschkolonnen kann z.B. Destillation oder Rektifikation oder aber Extraktion (Absorption) etwa einer Komponente aus einem gasförmigen Gemisch mittels einer fremden, in Stoffaustausch mit dem Gemisch stehenden Abtrennflüssigkeit (Extraktion- oder Absorptionsflüssigkeit) oder aber eine Abtrennung isotoper Elemente aus einem Stoff auf Grund einer chemischen Austauschreaktion vorgenommen werden, z.B. die Trennung von Deuterium und Wasserstoff. Die !rennung von mit verschiedenen Isotopen gebildeten Molekülen, beispielsweise von schwerem und leichtem Wasser, läßt sich selbstverständlich ebenfalls in derartigen Austauschkolonnen durchführen.
Es ist das Ziel der Erfindung, die Wirksamkeit der bekannten Stoffaustauschkolonnen ohne großen apparativen Aufwand zu verbessern. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß erst dann eine hohe Wirksamkeit, d.h. insbesondere ein hoher Irenneffekt, erzielt wird, wenn für eine intensive Durchmischung des gas- bzw. dampfförmigen
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Mittels über- den gesamten Kolonnenquer schnitt gesorgt wird.
■ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, daß Füllkörper mit unterschiedlichem Druckabfall verwendet werden, dB in einer derartigen Verteilung über den Kolonnenquerschnitt und Kolonnenhöhe angeordnet sind, daß dem gas- oder dampfförmigen Mittel bei seinem Weg von unten nach oben durch die Kolonne eine zickzaekförmige Bewegung aufgezwungen wird.
Bei Anwendung der Erfindung auf eine Stoffaustauschkolonne mit parallelen Strömungskanälen, die von mindestens einem. Einbauelement aus wabenfönaiger Struktur gebildet werden, wobei die Wabenwände Öffnungen aufweisen, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß in den Strömungskanälen Pakkungsköipas* mit unterschiedlichem Druckabfall, jedoch etwa gleicher Boeienzahl verwendet werden, wobei die Abmessungen dem Querschnitt der Strömungskanäle angepaßt sind und die Packungskörper mindestens zum £eil aus geriffelten, einander berührenden Lamellen bestehen und die Riffelungen aufeinander folgender Lamellen verschiedene Richtungen haben und mindestens di« Riffelung einer von zwei aufeinander folgenden Lamellen im Winkel zur Kolonnenachse liegt. Der unterschiedliche Druckabfall in den Pakkungskörpern kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß zur !Füllung der Strömungskanäle Packungskörper verwendet werden mit unterschiedlicher Richtung der Riffelung der Lamellen, wobei die Richtung der Riffelung der Lamellen derjenigen Packungskörper mit kleinerem Druckabfall steiler als die Richtung der Riffelung der Lamellen der Packungskörper mit größerem Druckabfall verläuft.
Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der unterschiedliche Druckabfall der Packungskörper dadurch herbeigeführt wird, daß die Riffeliiöheaer Riffelung der Lamellen derjenigen Packungskörper mit kleinerem Druckabfall höher als die-jenige der
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Riffelung der Lamellen der Packungskörper mit größerem Druckabfall ist.
Die.Erfindung umfaßt auch die Anwendung anderer lypen von Füllkörpern. So können beispielsweise die bekannten Rasehig-Ringe verwendet werden, wobei in diesem Pail Raschig-Ringe mit gelochter und ungelochter Wandung benutzt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der in den Zeichnungen dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungebeispiele.
Die Pig. 1 zeigt eine Rektifizierkolonne im Längsschnitt,
die beispielsweise zur Trennung von leichtem und schwerem Wasser dienen kann, während
Pig. 2 einen Querschnitt durch die Kolonne längs der Schnittlinie II - II der Pig. I zeigt.
In Pig. 3 sind perspektivisch die einzelnen Lamellen eines als Püllkörper dienenden Packungskörpers dargestellt.
Die Pig. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Aus-
sohnitt einer Stoffaustauschkolonne, bei. der in den Strömungskanälen absatzweise Raschig-Ringe unterschiedlichen Druckabfalls angeordnet sind·
Die in Pig. 1 dargestellte Rektifizierkolonne 1 besitzt einen quadratischen Querschnitt (vgl. Pig. 2) und dient zur Durchführung einer Blasenrektifikation. Das zu rektifizierende Gemisch befindet sich im Bodenteil der Kolonne und wird mittels einer Heizungseinrichtung, von der die Heizspi/Brale £ dargestellt ist,
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verdampft. Das dampfförmige Gemisch durchströmt den erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffaustauschteil 3 der Kolonne, der im folgenden noch näher erläutert wird, und tritt hierin mit der die Strömungskanäle 4 herabströmenden flüssigkeit in Stoffaustausch. Das dampfförmige Kopfprodukt, bei Rektifikation die leichter flüchtige Komponente des Gemisches, verläßt die Kolonne durch eine leitung 5 und wird in einem Rücklaufkondensator 6 verflüssigt« Ein Teil des Kondensats wird durch eine Leitung 7 in den Kopfteil 8 der Kolonne als Rücklauf zurückgeführt, während ein-anderer !eil des Kondensats über eine Leitung 9 entnommen werden kann.
Aus dem Kopfteil 8 wird der Rücklauf dosiert, z.B. über eineaus Kapillaren 10 bestehende Verteilvorrichtung auf den Querschnitt der einzelnen Strömungskanäle aufgegeben.
Der Stoffaustauschteil wird von einem Einbauelement 11 mit wabenförmiger Struktur gebildet, wobei die die Strömungskanäle bildenden Waben 4 quadratisch sind und die Wabenwände öffnungen 12 für den Austausch des dampfförmigen Mittels zwischen den einzelnen Kanälen aufweisen.
Das Einbauelement kann aus Blech, aber z.B. auch aus einem anderen Material wie Kunststoff, bestehen·
In den Strömungskanälen sind als Füllkörper Packungskörper 13a und 13b übereinander angeordnet, deren Abmessungen dem Querschnitt der Waben angepaßt sind. Die Packungskörper bestehen im Ausführungsbeispiel (vgl. I*ig< 3) aus geriffelten Lamellen 14, die einander berühren, wobei die Riffelungen aufeinander folgender Lamellen verschiedene Richtungen haben und im Winkel zur Kolonnenaohse liegen. Die Packungskörper, deren Lamellen zur Herbeiführung einer guten Dampfverteilung über den Querschnitt des Packungakör'pers gelocht sind, bestehen z.B. aus Metall» aus
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Kunststoff, vorzugsweise aus einem selbstbenetzendem Material mit Gewebestruktur. In der Kolonne werden zwei Typen von Packungskörpern mit unterschiedlichem Druckabfall zur Füllung der Strömungskanäle verwendet, und zwar Packungskörper 13a mit einer höheren Eiffeihöhe der Lamellenriffeiungen für denjenigen Typ mit kleinerem Druckabfall und Packungskörper 13b mit einer kleineren Riffelhöhe für denjenigen Typ mit großem Druckabfall. Diese beiden Typen sind sowohl über die Querschnitte als auch Längsschnitte der Kolonne schachbrettartig angeordnet, wie sich aus den S1Ig. 1 und 2 ergibt. In diesen figuren sind Einfachheits halber nur die Sichtungen der Lamellenebenen angegeben, während tatsächlich die Lamellen, wie aus Pig. 3 hervorgeht, geriffelt sind. Wie weiterhin aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Packungskörper hinsichtlich der Rlohtung ihrer Lamellen gegeneinander um 90° versetzt angeordnet, um die Verteilwirkung der Flüssigkeit über den Querschnitt der einzelnen Kanäle zu verbessern. Dadurch, daß diejenigen Paokungskörper mit dem größeren Druckabfall dem dampfförmigen Mittel einen größeren Widerstand bieten als diejenigen mit dem kleineren Druckabfall, wird dem dampfförmigen Mittel auf seinem aufwärts durch die Kolonne gerichteten Strömungsweg eine zickzackförmige Strömungsrichtung aufgezwungen. Hierdurch wird die angestrebte Verteilung und Vermischung des dampfförmigen Mittels längs der Kolonne über ihren Gresamtquerschnitt herbeigeführt.
In Fig. 4 ist ein Ausschnitt einer Stoffaustauschkolonne 20 dargestellt, deren Stoffaustauschteil ebenfalls wie in Pig. I von einem quadratischen Einbauelement gebildet wird, von dessen wabenförmiger Struktur die einzelnen Strömungskanäle gebildet werden. Die Strömungskanäle 21 sind in diesem Pail absatzweise mit Raschig-Ringen von verschiedenem Durchmesser aufgefüllt. In den Abschnitten 22a, die Raschig-Ringe mit größerem Durchmesser enthalten, ist der Druckabfall für den aufwärtsströmenden Dampf geringer als in den Abschnitten 22b, die mit Saschig-Ri.ngen von
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kleinerem Durchmesser aufgefüllt sind. Auf G-rund der dargestellten versetzten Anordnungsweise der JPüllkörper wird dem Dampf längs der Kolonne eine zickzackförmige Bewegung aufgezwungen, wie die Pfeile in der Zeichnung verdeutlichen.
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Claims (5)

Pat entansprüche
1) Stoffaustauschkolonne, die von einer Flüssigkeit und einem gas- oder dampfförmigen Mittel durchsetzt wird und in deren Stoffaustaus enteil Füllkörper angeordnet sind, dadurch, gekennzeichnet, daß Füllkörper mit unterschiedlichem Druckabfall verwendet werden, die in einer derartigen Verteilung über den Kolonnenquerschnitt | und Kolonnenhöhe angeordnet sind, daß dem gas- oder dampfförmigen Mittel bei seinem Weg von unten nach oben durch die Kolonne eine zickzackförmige Bewegung aufgezwungen wird.
2) Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, mit parallelen Strömungskanälen, die von mindestens einem Einbauelement aus wabenförmiger Struktur gebildet werden, wobei die Wabenwände öffnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungskanälen Packungskörper mit unterschiedlichem Druckabfall, jedoch etwa gleicher Bodenzahl verwendet werden, wobei die Abmessungen dem Querschnitt der Strömungskanäle angepaßt sind, und die Paekungskörper mindestens zum Teil aus geriffelten, einander berührenden Lamellen bestehen und die Riffelungen aufeinander folgender La- ^ mellen verschiedene Richtungen haben und mindestens die Riffelung einer von zwei aufeinander folgenden Lamellen im Winkel zur KoIoänenach.se liegt.
3) Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Typen von Packungskörpern mit unterseheidlichem Druckabfall zur Füllung der Strömungskanäle verwendet wer-•den, wobei die Richtung der Riffelung der Lamellen derjenigen Paokungekörper mit kleinerem Druckabfall steiler als die Richtung der Riffelung der Lamellen der Packungskörper mit größerem Druckabfall verläuft.
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4) Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei !Typen von Packungskörpern mit unterschiedlichem Druckabfall zur Füllung der Strömungskanäle verwendet werden, wobei die Riffelhöhe der Riffelung der Lamellen derjenigen Packungskörper mit kleinerem Druckabfall höher als diejenige der Riffelung der Lamellen der Packungskörper mit größerem Druckabfall ist.
5) Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungskanälen wechselweise übereinander Packungskörper mit höherem und Packungskörper mit niedrigerem Druckabfall angeordnet sind und über den Kolonnenquerschiiitt in den Strömungsüaanälen mindestens einem Packungskörper mit höherem Druckabfall mindestens ein Packungskörper mit niedrigerem Druckabfall benachbart ist.
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