DE2857229A1

DE2857229A1 - Dampf-fluessigkeits-kontaktboden

Info

Publication number: DE2857229A1
Application number: DE19782857229
Authority: DE
Inventors: Walter Brukert
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1980-03-06
Also published as: NL7815031A; CA1118337A; BE29T1; JPS5490067A; FR2427836A1; GB2041237A; EP0001448A1; BR7806609A; JPS5743044B2

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN _r

ELFENSTRASSE31 · D-80D0 MÜNCHEN 83 & O J I fcM

DAMPF-FLÜSSIGKEITS-KONTAKTBODEN Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel zum Verhindern des Durchregnens bei einem Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden mit Fallschächten, die derart angeordnet sind, daß sie Flüssigkeit auf einen innerhalb einer Kontaktkolonne darunterliegenden Boden gelangen lassen.

Beschreibung des Standes der Technik

Das U.S. Patent Nr. 3,410,540 im Namen von W. Bruckert offenbart einen Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden, der zur Montage in einer Dampf-FlUssigkeits-Kontaktkolonne geeignet ist, bei der mehrere solche Böden lotrecht in Abstand voneinander angeordnet sind. Der offenbarte Boden eignet sich zur Verwendung in Kontaktsystemen wie Waschkolonnen, Stripperkolonnen, Destillationskolonnen und dergleichen. Bei einer solchen Art von Boden ist ein perforierter, waagrecht angeordneter Teil des Bodens als der aktive Teil des Bodenoberflächenbereichs vorgesehen, und schmale, trogartige Fallschächte sind in Abstand über den Boden verteilt, um Flüssigkeit zu dem nächstniedrigeren Boden in der Kolonne überzuleiten, wobei die

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Fallschächte auf diese Weise für zwischen den Fallschächten liegende, gesonderte, perforierte Abschnitte des waagrechten Teils sorgen.

Im einzelnen weist der mit mehreren Fallschächten versehene Boden von Bruckert einen perforierten waagrechten Teil auf, der einen aktiven größeren Teil des Bodenoberflächenbereichs zum Abstützen einer Zweiphasenfluiddispersion von Dampf in Flüssigkeit zwecks Stoffaustauschs, und mindestens drei schmale, trogartige Fallschächte bildet, die parallel zueinander über den Boden in gleichmäßigen Abständen verteilt sind und als einzige Flüssigkeitsüberleitung durch den perforierten waagrechten Teil hindurchreichen sowie einen kleineren Teil des Bodenoberflächenbereichs einnehmen, so daß der waagrechte Teil in Abschnitte von im wesentlichen gleicher Oberfläche je Längeneinheit von benachbarten Fallschächten unterteilt wird. Jeder Fallschacht ist mit zwei in Abstand voneinander liegenden Einlaßlängsrändern versehen, die jeweils benachbart einem Abschnitt des aktiven Teils (des perforierten waagrechten Teils) angeordnet sind und quer über den Kontaktboden verlaufen. Jeder Fallschacht weist ferner nichtperforierte, relativ lange und tiefe Längsseitenwände sowie nichtperforierte, relativ kurze Querendwände auf, die einen diskreten, inaktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs ausmachen, einen ein Entmischen von Dampf aus der Zweiphasenfluiddispersion erlaubenden Einlaßendabschnitt zur Aufnahme eines Anteils der Zweiphasenfluiddis-

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persion bilden und einen Auslaßabschnitt zum Sammeln von entmischter Flüssigkeit sowie zum Abführen der entmischten Flüssigkeit von dem Boden ausbilden. Jeder Fallschacht ist ferner mit einer durch Flüssigkeit verschließbaren Auslaßeinrichtung, vorteilhaft in Form eines an dem Auslaßendabschnitt des Fallschachts angebrachten, waagrecht verlaufenden Schachtbodens mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung in Abstand voneinander liegenden Austrittsöffnungen (Auslässen), versehen, die so ausgebildet sind, daß mittels eines stabilen Druckverlusts von durch die Austrittsöffnungen hindurchtretender Flüssigkeit eine Dichtwirkung gegenüber dem Durchtritt von Dampf erzielbar und ein Bad aus entmischter Flüssigkeit in dem Fallschacht aufrechterhaltbar ist.

Der vorstehend erläuterte Bruckert-Boden mit mehreren Fallschächten erwies sich als sehr leistungsfähig; aufgrund seiner zahlreichen günstigen Betriebseigenschaften wird er in der Praxis in großem Umfang verwendet. Der Boden kann wirkungsvoll bei hohen Flüssigkeitsdurchflußmengen betrieben werden, ohne daß sich Probleme wie übermäßiges Mitreißen, Überfluten des Fallschachts, hydrostatischer Druckgradient oder hoher Druckabfall, einstellen. Auf dem Bruckert-Boden kann die Zweiphasengemischhöhe (die Höhe der Zweiphasenfluiddispersion von Dampf und Flüssigkeit auf der aktiven Fläche der Bodenoberseite) innerhalb weiter Bereiche der Flüssigkeits- und Dampfdurchflußmengen beherrscht werden, was eine

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große Variationsbreite des Gas-Flüssigkeits-Kontaktsystems und vernünftigen Dampfphasen-Druckabfall zuläßt. Des weiteren kann das hydraulische Verhalten des Bruckert-Bodens genau vorausbestimmt werden. In Folge dieser Betriebseigenschaften kann der Bruckert-Boden in einer Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne verwendet werden, bei der Bodenabstände, d.h. der lotrechte Abstand zwischen benachbarten Kontaktböden innerhalb der Kolonne, vorgesehen sind, die kleiner sind, als dies bei anderen konventionellen Böden, beispielsweise Querstromböden oder gewellten Böden, der Fall ist. Auf diese Weise sorgen die Bruckert-Böden für eine größere Stoffaustauschkapazität je Volumeneinheit der Kolonne bei niedrigerem Energieverbrauch als Kontaktkolonnen, die mit solchen anderen konventionellen Böden ausgestattet sind.

Trotz der vorstehend genannten Vorteile wurde jedoch beobachtet, daß es bei Bruckert-Böden mit mehreren Fallschächten im Betrieb zu dem nachteiligen Phänomen eines durchgreifenden Durchregnens kommen kann. Ein durchgreifendes Durchregnen wird durch den Aufprall der von den Fallschächten eines Bodens in einer Kontaktkolonne abströmenden Flüssigkeit auf dem aktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs des darunterliegenden Bodens verursacht. Der Impuls, den die Flüssigkeit bei ihrem Fall erhält, addiert sich zu dem hydrostatischen Druck des Zweiphasengemischs auf dem aktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs des darunterliegenden Bo-

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dens, was einen lokalisierten Durchregenbereich hervorruft. Beim Durchregnen strömt Flüssigkeit durch die Gasöffnungen des aktiven Teils des Bodenoberflächenbereichs an Stelle des Dampfs hindurch, der andernfalls durch diese Gasöffnungen hindurchtreten würde. Weil das Durchregnen gleichbedeutend mit einem verminderten Dampfstrom ist, muß der Dampf, der am Hindurchlaufen durch die Durchregenzone gehindert wird, einen anderen Teil des Bodenoberflächenbereichs durchlaufen, was erhöhte Oberflächendampfgeschwindigkeiten in diesen anderen Zonen zur Folge hat. Flüssigkeit, die durch den aktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs hindurchregnet, ist außerdem nicht verfügbar, um zu der Zweiphasengemischhöhe auf der Bodenoberfläche beizutragen. Alle diese Faktoren führen zu verminderter Leistung, höherem Druckabfall, stärkerem Mitreißen und verminderten Überflutungsgrenzwerten beim Einsatz des Bodens .

Außer dem oben erläuterten nachteiligen Phänomen eines durchgreifenden Durchregnens wurde gefunden, daß es bei dem mit mehreren Fallschächten ausgestatteten Bruckert-Boden im Falle einiger Anwendungen zu einer Flüssigkeitsfehlverteilung auf dem aktiven Bereich der Bodenoberfläche kommt. Bei Anwendungen, wo der mehrere Fallschächte aufweisende Bruckert-Boden einen großen Durchmesser hat und durch große Abstände zwischen benachbarten parallelen Fall-

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schachten gekennzeichnet ist, hat die von den Fallschächten eines darüberliegenden Bodens austretende und auf die aktive Oberfläche des Bodens auffallende Flüssigkeit das Bestreben, auf dem kürzesten Weg zu dem Fallschacht des Bodens zu strömen, wodurch andere aktive Oberflächenbereiche relativ stagnierend bleiben. Der hochsteigende und mit Flüssigkeit auf dem Bereich der Bodenoberfläche in Kontakt kommende Dampf muß infolgedessen mit Flüssigkeit von variierendem "Alter" in Berührung kommen. Es läßt sich sowohl theoretisch als auch experimentell leicht bestätigen, daß eine derartige Flüssigkeitsfehlverteilung und der daraus resultierende ungleichförmige Dampf-Flüssigkeits-Kontakt unvermeidlich zu einer Verminderung der Leistungsfähigkeit des Bodens führen. Es wurde vorgeschlagen, einem solchen Flüssigkeitsfehlverteilungsproblem dadurch zu begegnen, daß lotrecht nach oben reichende Führungswandteile vorgesehen werden, die auf der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils angeordnet sind, um den Flüssigkeitsstrom auf der oberen Hauptfläche des Bodens auszurichten und dadurch dort eine Flüssigkeitsfehlverteilung zu vermeiden. Eine solche Maßnahme ist zwar wirkungsvoll, um das Problem der Flüssigkeitsfehlverteilung auszuräumen; bedauerlicherweise wird dadurch jedoch das oben erwähnte Phänomen eines durchgreifenden Durchregnens noch verschlimmert. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß solche Führungswandteile dazu neigen, die Fluidverweildauer der Flüssigkeit auf dem aktiven Bereich der Bodenoberfläche zu erhöhen, so daß Flüssigkeit vermehrte Gelegenheit

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hat, durch die Perforationen in dem waagrechten Bodenteil, insbesondere in dem Bereich hindurchzutreten, wo die ausgetragene Flüssigkeit auf den aktiven Bereich des Bodens auftrifft.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden zu schaffen, der gegenüber durchgreifendem Durchregnen von Flüssigkeit widerstandsfähig ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktbodens mit mehreren Fallschächten·

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktbodens mit mehreren Fallschächten, der lotrecht nach oben verlaufende Führungswandteile aufweist, die auf der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils angeordnet sind, um den Strom der Flüssigkeit auf der flachen oberen Hauptfläche auszurichten und dort eine Flüssigkeitsfehlverteilung zu vermeiden, wobei der Boden gegenüber durchgreifendem Durchregnen von Flüssigkeit widerstandsfähig ist.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Offenbarung und den Ansprüchen.

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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden, wie er in einer Kontaktkolonne verwendet wird, bei der mehrere solche Böden lotrecht in Abstand voneinander liegen.

Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung einen Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden zur Herbeiführung eines Kontakts zwischen einem hochsteigenden Dampf und einer Flüssigkeit, die über einen waagrecht angeordneten Teil des Bodens zu einer durch diesen waagrechten Teil hindurchreichenden Flüssigkeitsfallschachtanordnung strömt. Der waagrechte Teil weist eine obere Hauptfläche und eine untere Hauptfläche auf, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen sind, die über diese Flächen verteilt sind und durch den waagrechten Teil hindurchreichen, um Dampf durchströmen zu lassen. Die Fallschachtanordnung ist so angeordnet, daß Flüssigkeit auf Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils eines in der Kontaktkolonne darunterliegenden Bodens ausgetragen wird.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Verbesserung ist über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils eine Mehrzahl von Schlitzanordnungen zur Ausbildung eines Dampfstroms zum Verhindern des

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Durchregnens von auftreffender Flüssigkeit verteilt, die von der Fallschachtanordnung eines darüberliegenden Bodens durch die Öffnungen in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils hindurch ausgetragen wird. Jede solche Schlitzanordnung überdeckt im wesentlichen eine durch den waagrechten Teil hindurchgehende Öffnung fester Größe und hat eine gegenüber der oberen Hauptfläche nach oben abgesetzte Oberseite, wobei mindestens zwei in Abstand voneinander liegende Randabschnitte der nach oben abgesetzten Oberseite von der oberen Hauptfläche jeweils unter Bildung einer Schlitzöffnung getrennt sind und wobei Seitenwände die Schlitzöffnungen begrenzen und die Oberseite der Schlitzanordnung mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verbinden, derart, daß die nach oben abgesetzte Oberseite und die Seitenwände zusammen die überdeckte, durch den waagrechten Teil hindurchreichende Öffnung fester Größe überbrücken und für eine Strömungsverbindung für einen Dampfstrom von der überdeckten Öffnung fester Größe durch die Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung hindurch sorgen, wodurch die von der Fallschachtanordnung eines in der Kontaktkolonne darüberliegenden Bodens ausgetragene und auf die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils aufprallende Flüssigkeit durch den aus den Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung austretenden Dampf mit einer waagrecht gerichteten Dampfschubkraft beaufschlagt wird, um ein Durchregnen von Flüssigkeit durch die Öffnungen

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fester Größe in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils zu verhindern.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen Schlitzanordnungen bei einem mit mehreren Fallschächten ausgestatteten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden der in dem U.S. Patent Nr. 3,410,540 von W. Bruckert offenbarten Art vorgesehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines mit mehreren Fallschächten ausgestatteten, bekannten Dampf-Flüssigkeit s-Kontaktbodens.

Fig. 2 ist im Schnitt ein Aufriß eines Teils einer Darnpf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne, die die durchgreifenden Durchregeneffekte zeigt, die durch die Mittel der vorliegenden Erfindung ausgeräumt werden.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf zwei übereinander angeordnete, erfindungsgemäß aufgebaute Böden, die ein Beispiel der gegenseitigen Anordnung solcher Böden in einer Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne erkennen läßt.

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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Schlitzanordnung, wie sie bei den Kontaktböden nach Fig. 3 vorgesehen ist und die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

Fig. 5 ist im Aufriß eine Querschnittsansicht der Schlitzanordnung nach Fig. 4.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Schlitzanordnung, die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Plattenabschnitts eines erfindungsgemäß aufgebauten Bodens unter Verwendung der in Fig. 6 veranschaulichten Schlitzanordnung.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß aufgebauten Dampf-FlUssigkeits-Kontaktboden _t bei dem mehrere lotrecht nach oben reichende Führungswandteile vorgesehen sind, die an einer Unterkante mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils des Kontaktbodens verbunden sind.

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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELE

In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Länge des Fallschachts eines mehrere Fallschächte aufweisenden Bodens auf die waagrechte Abmessung senkrecht zu der Richtung des Flüssigkeitsstroms, der sich dem Fallschacht nähert. Die Breite jedes Fallschachts eines mit mehreren Fallschächten ausgestatteten Bodens ist die Abmessung des Fallschachteinlasses parallel zur Richtung der ankommenden Flüssigkeit.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden der in dem U.S. Patent Nr. 3,510,540 von Bruckert offenbarten und beanspruchten Art, wobei dieses Patent vorliegend in angemessenem Umfang einbezogen wird. Der Boden weist mehrere schmale, trogartige Fallschächte 10 auf, die über die Oberfläche eines Destillationsbodens gleichmäßig verteilt sind und durch einen waagrechten Teil 12 des Bodens derart hindurchreichen, daß der waagrechte Teil der Kontaktanordnung in Abschnitte von im wesentlichen gleicher Oberfläche je Längeneinheit von benachbarten Fallschächten unterteilt wird. So ist beispielsweise das Verhältnis der Oberfläche des Abschnitts 12a des perforierten waagrechten Teils 12 der Fig. 1 zu der kombinierten Länge der benachbarten Fallschächte 10a

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und 10b im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Oberfläche des Abschnitts 12b zu der Länge des benachbarten Fallschachts 10c. Um für die notwendige Gleichheit der Oberflächen je Längeneinheit von benachbarten Fallschächten zu sorgen, sind mindestens drei und vorzugsweise mehr derartige Fallschächte vorhanden, die über die Bodenoberfläche entsprechend Fig. 1 in gleichen Abständen verteilt sind.

Der Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Fig. 1 sorgt für einen Kontakt zwischen einem hochsteigenden Dampf und einer Flüssigkeit, die über einen waagrecht angeordneten Teil des Bodens zu Flüssigkeitsfallschächten strömt. Der waagrechte Teil hat obere und untere Hauptflächen, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen fester Größe versehen sind, die über diese Flächen verteilt sind und durch den waagrechten Teil hindurchreichen, um Dampf durchströmen zu lassen. Jeder Fallschacht ist mit zwei in Abstand voneinander angeordneten, längsgerichteten Einlaßrändern 7, 8 versehen, die jeweils benachbart einem Abschnitt des aktiven Teils der Bodenoberfläche sitzen und quer über den Boden reichen. Diese längsverlaufenden Einlaßränder sind nichtperforierten, relativ langen und tiefen Längsseitenwänden 14 und nichtperf orierten, relativ kurzen Querendwänden 9 zugeordnet, die einen diskreten inaktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs begrenzen und die einen ein Entmischen von Dampf

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aus einer Zweiphasenfluiddispersion erlaubenden oberen Einlaßendabschnitt zum Aufnahme eines Teils der Zweiphasenfluiddispersion sowie einen unteren Auslaßendabschnitt zum Sammeln von entmischter Flüssigkeit sowie zum Abführen der entmischten Flüssigkeit von dem Boden bilden. Jeder Fallschacht weist ferner einen an dem Auslaßendabschnitt angebrachten, waagrecht verlaufenden Schachtboden mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung in Abstand voneinander liegenden Austrittsöffnungen auf, die so ausgebildet sind, daß mittels eines stabilen Druckverlusts von durch die Austrittsöffnungen hindurchtretender Flüssigkeit eine Dichtwirkung gegenüber dem Durchtritt von Dampf erzielbar und ein Bad aus entmischter Flüssigkeit in dem Fallschacht aufrechterhaltbar ist. Der Boden ist auf diese Weise mit definierten Bereichen für einen nach oben gerichteten Dampfstrom durch den perforierten waagrechten Teil 12 hindurch sowie mit präzise definierten Bereichen für einen nach unten gerichteten Flüssigkeitsstrom durch die Mehrzahl von Fallschächten 10 hindurch ausgestattet.

Unter entmischter Flüssigkeit wird Flüssigkeit verstanden, die von einem wesentlichen Teil des Dampfs in dem ursprünglichen Zweiphasengemisch befreit ist, so daß die scheinbare Dichte der entmischten Flüssigkeit wesentlich höher als diejenige des Zweiphasengemischs auf der aktiven Bodenoberfläche ist. Die scheinbare Dichte von Zweiphasenfluiden kann als der enthaltene Volumenanteil an Flüssigkeit ausgedrückt werden.

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So kann die scheinbare Dichte des aktiven Zweiphasengemischs, bezogen auf diejenige von klarer Flüssigkeit, beispielsweise nur 30 % betragen, während die scheinbare Dichte der en-tmischten Flüssigkeit im Fallschacht vorzugsweise über 60 % liegen sollte. Bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Fallschacht wirkt die entmischte Flüssigkeit als ein homogenes Fluid, und jeder Restdampfgehalt, der in dem Entmischungsabschnitt nicht freigesetzt ist, wird zusammen mit der Flüssigkeit durch den Endabschnitt des Fallschachts nach unten geschwemmt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verlaufen die mehreren Fallschächte 10 parallel zueinander quer über die Oberfläche des Bodens. Jeder Fallschacht reicht im wesentlichen vom einen Rand des Bodens bis zu einem gegenüberliegenden Rand entlang der betreffenden Sehne des Bodens, die von dem Fallschacht gebildet wird. Es zeigte sich, daß diese mehreren schmalen, trogartigen Fallschächte wesentlich mehr Fluid, bezogen ouf die von ihnen eingenommene Fläche, verkraften können als andere bekannte Fallschächte.

Eine hohe Dampfkapazität bei geringem Bodenabstand und kleinem Kontaktkolonnendurchmesser wird mit Böden mit mehreren Fallschächten dadurch möglich, daß sie in der Lage sind, die Höhe des Zweiphasengemischs auf einem geringen, gleichförmigen Wert zu halten. Die geringe, gleichförmige Zweiphasengemischhöhe wird durch den langen Überlaufeinlaß gewährleistet, der mit den mehreren Fallschächten verbunden ist, die

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in Abstand über die Bodenfläche verteilt sind. Der Betrag der Bodenfläche, der von jeder Längeneinheit an Fallschachteinlaß bedient wird, ist klein; infolgedessen ist die Scheitelhöhe von über den Einlaß fließendem Zweiphasengemisch sehr gering. Weil die Gesamtscheitelhöhe einen niedrigen Wert hat, wird die Schwankung der Scheitelhöhe, die mit Änderungen der Flüssigkeits- und Dampfdurchflußmengen verbunden ist, im Vergleich zu den Einlassen von anderen bekannten Fallschächten stark vermindert. Die Seitenwände 14 der Mehrfachfallschächte stehen in der Regel über die das Zweiphasengemisch tragende Oberfläche des Bodens nach oben über, um, wie in Fig. 1 gezeigt ist, höherliegende Einlaßwehre von gleichförmiger Höhenabmessung zu erhalten. Die Scheitelhöhe überlagert sich einer erheblichen Tiefe des Zweiphasengemischs, die aufgrund der Wehrhöhe festliegt, und jede Schwankung der Scheitelhöhe ist ein kleiner Bruchteil der Gesamthöhe des Zweiphasengemischs. Die Höhe des Zweiphasengemischs und der damit verbundene Druckabfall bleiben durch Schwankungen der Flüssigkeitsbelastung praktisch unbeeinflußt; infolgedessen können wesentlich höhrere Belastungen erzielt werden, als dies bei konventionellen Querstromböden möglich ist.

Als allgemeine Regel gilt, daß sich die Zweiphasengemischhöhe mit Mehrfachfallschachtböden befriedigend beherrschen läßt, wenn zwischen ungefähr 3,28 und 16,40 m Fallschachteinlaß-

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länge je m an Gesamtbodenfläche vorgesehen werden. Wenn die Belastung so niedrig ist, daß weniger als ungefähr 3,28 m Fallschachteinlaßlänge in wirkungsvoller Weise für

1 m an Bodenfläche vorgesehen werden können, sind die Beeinflussung der Scheitelhöhe, die Gradienten und die Fallschachtkapazität nicht sehr kritisch; sie lassen sich dann auf konventionellen Querstromböden in vernünftiger Weise beeinflußen, gegebenenfalls unterstützt durch einen entsprechenden Dampfvortrieb. Wenn andererseits mehr als ungefähr 16,40 m Fallschachteinlaßlänge je m an Bodenfläche vorhanden sind, nehmen die Fallschächte einen großen Bruchteil der Gesamtbodenoberfläche ein, obwohl die Fallschächte von ihrer Einbaufläche optimalen Gebrauch machen. Wird beispielsweise

2 mit 16,40 m Fallschachteinlaßlänge je m Bodenfläche bei 50,8 mm breiten Fallschächten gearbeitet, nehmen die Fallschächte etwa 40 % der Bodenfläche ein. Mehr als 16,40 m

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Fallschachteinlaßlänge je m Bodenfläche erfordert einen sehr engen Abstand der Fallschächte; zwischen den Fallschächten verbleiben so schmale perforierte Flächen, daß es schwierig wird, die auf die Oberfläche des Bodens von dem darüber befindlichen Boden auffallende Flüssigkeit aufzunehmen, ohne daß ein Teil der Flüssigkeit unmittelbar in die Fallschächte gelangt. Eine Fallschachtfläche, die eine ungefähr 40 %ige Bodenausnutzung darstellt, bildet daher den bevorzugten maximalen Prozentsatz, der bei Mehrfachfallschachtböden verwendet wird. Die unteren Grenzwerte für die Fallschachtein-

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laßlänge und die Fallschachtbreite führen zu einem bevorzugten minimalen Prozentsatz der von den Mehrfachfallschächten eingenommenen Bodenfläche von 7 %.

Um für die Fallschachtflüssigkeitskapazität zu sorgen, die erforderlich ist, um die stark erhöhten Durchflußmengen zu beherrschen, die sich mit Mehrfachfallschachtböden erzielen lassen, sollte die Breite des Fallschachteinlasses bei Mehrfachfallschachtböden zwischen ungefähr dem 0,08- bis 0,4-fachen des Mittenabstandes der Fallschächte quer zum Boden betragen. Bezugnehmend auf Fig. 2, ist dort im Aufriß ein Schnitt durch Teile von zwei benachbarten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktböden gezeigt, die entsprechend der Lehre des oben genannten Bruckert-US-Patents Nr. 3,401,540 aufgebaut sind. Wie veranschaulicht, sind die benachbarten Böden innerhalb der Kontaktkolonne so ausgerichtet, daß ihre Fallschächte in waagrechter Richtung in einem gegenseitigen Winkel von 90° stehen. Auf diese Weise fällt die Flüssigkeit, die von den Fallschächten des obenliegenden Bodens abgegeben wird, auf die Abschnitte des waagrecht angeordneten Bodenteils zwischen benachbarten Fallschächten des darunterliegenden Bodens. Fig.2 läßt deutlich das Phänomen eines durchgreifenden Durchregnens von Flüssigkeit erkennen, das bei Böden leicht eintritt, die entsprechend den bekannten Lehren aufgebaut sind. Wie veranschaulicht, bildet der perforierte waagrechte Teil 12 den aktiven größeren Teil des Bodenoberflächenbereichs zum Abstützen eines Zweiphasenfluidgemischs von Dampf in Flüssigkeit zwecks

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Stoffaustausch. Jeder Fallschacht ist mit nichtperforierten Seitenwänden 14 versehen, die einen diskreten inaktiven Teil des Bodens begrenzen, und bildet einen Einlaßendabschnitt 16 zur Aufnahme eines Anteils des Zweiphasengemischs von dem benachbarten Abschnitt des perforierten waagrechten Teils 12. In dem Einlaßendabschnitt kann sich Dampf von dem Zweiphasengemisch trennen. Die nichtperforierten Seitenwände 14 bilden ferner einen Auslaßendabschnitt 18 zum Sammeln von Flüssigkeit, die sich von dem Zweiphasengemisch getrennt hat, sowie zum Abführen der entmischten Flüssigkeit 21 von dem Boden. Jeder Fallschacht ist ferner mit einer Auslaßanordnung 20 versehen, die den Austritt der entmischten Flüssigkeit bestimmt. Durch Beobachtung der internen Arbeitsweise einer Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne mit Böden der in Fig. 2 gezeigten Art, wurde festgestellt, daß die Wucht der fallenden, entmischten Flüssigkeit 21 bei Überlagerung mit dem hydrostatischen Druck des Zweiphasengemischs auf der Bodenoberfläche des darunter befindlichen Bodens ausreicht, um den Trockenplatten-Druckabfall des hochsteigenden Gases zu überwinden, so daß eine wesentliche Menge an Flüssigkeit in Strömen 22 durch den perforierten waagrechten Teil 12 unmittelbar hindurchtritt, bevor es zu einem nennenswerten Gas-Flüssigkeits-Kontakt kommt. Ein solches Durchregnen von Flüssigkeit beinhaltet eine Umgehung der Flüssigkeit auf dem darunterliegenden Boden und trägt zu einer verminderten Leistungsfähig-

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keit des Bodens bei. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, wie aus Fig. 2 hervorgeht, die Flüssigkeit in den Strömen 21, die aus den Auslaßanordnungen des Fallschachts des darüberliegenden Bodens austreten, durch das Zweiphasengemisch auf dem darunterliegenden Boden unmittelbar hindurchläuft und in den Strömen 22 den letztgenannten Boden verläßt, so daß diese Flüssigkeit in den innigen Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorgang nicht einbezogen ist, der auf den perforierten, waagrechten Teilabschnitten des darunterliegenden Bodens abläuft.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht von zwei übereinander angeordneten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktböden, die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind und die beispielsweise mit Erfolg verwendet werden können, um das nachteilige, oben beschriebene Durchregenverhalten zu vermeiden, das in Fig. 2 dargestellt ist. Bei den Böden 100 und 101 in Fig. 3 handelt es sich um Dampf-Flüssigkeits-Kontaktböden, wie sie in einer Kontaktkolonne benutzt werden, bei der mehrere solche Böden in lotrechtem gegenseitigem Abstand angeordnet sind, um für einen Kontakt zwischen einem hochsteigenden Dampf und einer Flüssigkeit zu sorgen, die über den waagrecht angeordneten Teil 12 des Bodens zu den durch den waagrechten Teil hindurchreichenden Flüssigkeitsfallschächten 10 strömt. Der waagrechte Teil 12 weist obere und untere Hauptflächen mit einer Mehrzahl von Öffnungen

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auf, die über diese Flächen verteilt sind und durch den waagrechten Teil hindurchreichen, um Dampf durchströmen zu lassen. Die Fallschächte des Bodens 100 sind so angeordnet, daß Flüssigkeit auf Flüssigkeitsaufprallflächenteile 30 der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils des in der Kontaktkolonne darunterliegenden Bodens 101 ausgetragen wird. Wie veranschaulicht ist über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile 30 der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils eine

Mehrzahl von Schlitzanordnungen zur Ausbildung eines Dampfstroms zum Verhindern des Durchregnens von auftreffender Flüssigkeit verteilt, die von den Fallschächten eines darüberliegenden Bodens durch die Öffnungen in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen 30 des waagrechten Bodenteils 12 hindurch ausgetragen wird.

Die konstruktiven Einzelheiten der bei der Ausführungsform nach Fig. 3 vorgesehenen Schlitzanordnung gehen deutlicher aus den Fign. 4 und 5 hervor. Wie gezeigt, überdeckt jede der Schlitzanordnungen 31 im wesentlichen eine durch den waagrechten Bodenteil hindurchgehende Öffnung 6 von fester Größe. Sie hat eine gegenüber der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils nach oben abgesetzte Oberseite 33. Wie bei dieser Ausführungsform veranschaulicht ist, verläuft die Oberseite 33 im wesentlichen parallel zu der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils. Zwei in Abstand voneinander liegende Randabschnitte 33a, 33b der nach oben abgesetzten Ober-

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seite 33 sind von der oberen Hauptfläche getrennt und bilden mit dieser jeweils eine Schlitzöffnung 34. Wie gezeigt, hat die Schlitzöffnung 34 eine langgestreckte Form und eine größere Breite als Höhe; eine solche Ausbildung ist im Hinblick auf eine einfache Fertigung bevorzugt, wenn die Schlitzanordnungen aus dem waagrechten Bodenteil ausgestanzt werden; sie unterstützt eine gute Stabilität des Zweiphasengemischs auf der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils im Bereich der Flüssigkeitsaufprallflächenteile. Seitenwände 32 begrenzen die Schlitzöffnungen und verbinden die Oberseite der Schlitzanordnung mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils 12, so daß die nach oben abgesetzte Oberseite 33 und die Seitenwände 32 zusammen die überdeckte, durch den waagrechten Teil hindurchreichende Öffnung fester Größe überbrücken und für eine Strömungsverbindung für einen Dampfstrom von der überdeckten Öffnung fester Größe durch die Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung hindurch sorgen, wodurch die von den Fallschächten eines in der Kontaktkolonne darüberliegenden Bodens ausgetragene und auf die Flüssigkeitsaufprallflächenteile 30 der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils aufprallende Flüssigkeit durch den aus den Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung austretenden Dampf mit einer waagrecht gerichteten Dampfschubkraft beaufschlagt wird, um ein Durchregnen von Flüssigkeit durch die Öffnungen fester Größe in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils zu verhindern.

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Bezugnehmend auf Fig. 5 kann die Schlitzöffnung 34, wie erwähnt, zweckmäßig eine Breite (Mindestbreite = b) haben, die größer als die Höhe c der Schlitzöffnung ist. Allgemein gilt, daß die Höhe c der Schlitzöffnung wesentlich größer als die Dicke (= a) des perforierten waagrechten Teils sein sollte, um einen ausreichenden Gasdurchtritt durch die Schlitzöffnung für den Dampfstrom zu erlauben. Der Winkel Θ, der von den Seitenwänden 32 und einer Senkrechten zu dem einen Rand der nach oben abgesetzten Oberseite 33 gebildet wird, kann zweckmäßig im Bereich von 0 bis 60 liegen. Die in den Fign. 4 und 5 veranschaulichte Schlitzanordnung kann mit der Bodenplatte einteilig verbunden und beispielsweise durch einen Stanzvorgang ausgebildet sein. Statt dessen können die Schlitzanordnungen auch von gesonderten Bauteilen gebildet werden, die mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils über der dort vorgesehenen, überdeckten Öffnung fester Größe angebracht werden. Bei den in den Fign. 4 und 5 veranschaulichten Schlitzanordnungen hat die nach oben abgesetzte Oberseite 33 der Schlitzanordnung rechteckige Form, und die vorstehend erwähnten Randabschnitte der Schlitzanordnung entsprechen den Längskanten der rechteckigen Oberseite, wobei querverlaufende Ränder der rechteckigen Oberseite mit den Seitenwänden verbunden sind, so daß die Schlitzanordnung zwei gegenüberliegende, parallele Schlitzöffnungen bildet, die in Querrichtung in Abstand voneinander liegen.

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Bei dem Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden der vorliegenden Erfindung ist der waagrechte Bodenteil mit oberen und unteren Hauptflächen versehen, über die eine Mehrzahl von Öffnungen verteilt sind, die durch den waagrechten Teil hindurchreichen, um einen Dampfstrom durchtreten zu lassen. Innerhalb der Flüssigkeitsaufprallflächenteile des waagrechten Bodenteils haben diese in Verbindung mit den Schlitzanordnungen nach der vorliegenden Erfindung verwendeten Öffnungen feste Größe. Innerhalb der restlichen Bereiche des waagrechten Teils, d.h. den Nichtaufprallbereichen, haben die Öffnungen vorzugsweise gleichfalls feste Größe; sie können jedoch auch eine variable Größe haben und beispielsweise von Ventilanordnungen gebildet werden, wie sie konventionellerweise benutzt werden und dem Fachmann bekannt sind.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schlitzanordnung, die bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung mit Erfolg verwendet werden kann. Die Schlitzanordnung 330 überdeckt eine durch den waagrechten Teil hindurchgehende Öffnung 306 fester Größe und hat eine Oberseite 333, die von der oberen Hauptfläche 300 nach oben abgesetzt ist. Drei in Abstand voneinander liegende Randabschnitte 301 der nach oben abgesetzten Oberseite 333 sind von der oberen Hauptfläche 300 getrennt und bilden mit dieser jeweils eine Schlitzöffnung 340. Seitenwände 320 begrenzen die Schlitz-

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Öffnungen und verbinden die Oberseite 333 der Schlitzanordnung 330 mit der oberen Hauptfläche 300, so daß die nach oben abgesetzte Oberseite und die Seitenwände zusammen die überdeckte, durch den waagrechten Teil hindurchgehende Öffnung fester Größe überbrücken und für eine Strömungsverbindung für einen Dampfstrom von der überdeckten Öffnung fester Größe durch die Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung hindurch sorgen. Bei dieser Ausführungsform hat die nach oben abgesetzte Oberseite 333 der Schlitzanordnung Dreieckform, und die Randabschnitte entsprechen Teilen jeder der Seitenkanten der dreieckigen Oberseite. Die Spitzenkanten der dreieckigen Oberseite sind mit den Seitenwänden verbunden, wodurch die Schlitzanordnung drei Schlitzöffnungen bildet, die in Umfangsrichtung in Abstand voneinander liegen.

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Verteilung der dreieckigen Schlitze der Fig. 6 auf einem Teil, eines Bodendecks (waagrechter Bodenteil). Die Verteilung der Schlitzanordnungen 330 auf dem Bodendeck kann als durch eine Gruppe von gleichseitigen Dreiecken 400 entstanden betrachtet werden, Jede Schlitzanordnung 330 befindet sich an der Spitze von 6 benachbarten Dreiecken; infolgedessen wirkt dem aus jeder Schlitzöffnung austretenden Gas das Gas entgegen, das die Schlitzöffnungen von zwei benachbarten Schlitzanordnungen verläßt. Bei dieser Ausbildung kann die Öffnungs-

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fläche des waagrechten Bodenteils variiert werden, indem entweder die Höhe oder die Breite der Schlitzöffnungen geändert wird, wodurch die Schlitzöffnungen vergrößert werden, oder indem die Größe der das Schlitzmuster bildenden gleichseitigen Dreiecke geändert wird. In der Zeichnung nach Fig. 7 ist ferner eine abgewandelte Verteilung in Form der dreieckigen Schlitzanordnungen dargestellt, die in gestrichelten Linien gezeigt sind. Bei der abgewandelten Verteilung befinden sich die dreieckigen Schlitzanordnungen in der Mitte von alternierenden gleichseitigen Dreiecken; sie bilden dabei ein etwas kompakteres Schlitzmuster auf der Flüssigkeitsaufprallfläche der Oberseite des waagrechten Bodenteils .

Wenn die Schlitzanordnung der vorliegenden Erfindung bei einem Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden mit einer Mehrzahl von Fallschächten vorgesehen wird, macht vorzugsweise der Oberflächenbereich des waagrechten Teils zwischen 50 und 90 % der Querschnittsfläche des Bodens aus, wobei der restliche Teil der Querschnittsfläche des Bodens von Fallschächten gebildet wird. Bei Oberflächenbereichswerten des waagrechten Teils von weniger als 50 % kommen die Fallschächte so dicht beieinander zu liegen, daß es schwierig ist, die auf die Oberfläche des waagrechten Bodenteils von dem darüberliegenden Boden fallende Flüssigkeit aufzunehmen, ohne daß ein Teil unmittelbar in die Fallschächte gelangt. Bei einem

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Oberflächenbereichswert des waagrechten Teils von etwa 90 % wird der Oberflächenbereich des waagrechten Teils mit Bezug auf die Fallschachtfläc.he so groß, daß zweckmäßig einzelne
Fallschächte verwendet werden können. Obwohl die Schlitzanordnung der vorliegenden Erfindung insbesondere bei Anwendung auf Mehrfachfallschachtböden beschrieben wurde, versteht es sich, daß ihre Anwendbarkeit in dieser Hinsicht
nicht beschränkt ist, und daß die Schlitzanordnung der vorliegenden Erfindung mit Vorteil auch bei anderen konventionellen Böden vorgesehen werden kann, beispielsweise Querstromböden mit Fallschächten, die so angeordnet sind, daß Flüssigkeit auf Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils eines innerhalb einer Kontaktkolonne darunterliegenden Bodens ausgetragen wird. Bei der
allgemeinen praktischen Anwendung der Erfindung beträgt die Öffnungsfläche der Öffnungen in dem waagrechten Bodenteil in der Regel zwischen 1 und 20 % des Oberflächenbereichs des
waagrechten Teils. Öffnungsflächenwerte von über 20 % werden im allgemeinen wegen des damit verbundenen niedrigen Druckabfalls nicht vorgesehen, der verhindert, daß auf dem waagrechten Bodenteil ein Zweiphasengemisch von geeigneter Höhe aufrechterhalten wird und der zu einem übermäßig starken
Durchregnen über die gesamte Oberfläche des waagrechten Teils führt.

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Obwohl beschrieben wurde, daß die Schlitzanordnungen der vorliegenden Erfindung über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verteilt sind, wobei die Flüssigkeitsaufprallflächenteile die Bereiche sind, innerhalb deren aus den Fallschächten eines in einer Kontaktkolonne darüberliegenden Bodens austretende Flüssigkeit auftrifft, versteht es sich, daß es bei manchen Anwendungen zweckmäßig sein kann, solche Schlitzanordnungen über die gesamte obere Hauptfläche des waagrechten Teils derart zu verteilen, daß die Schlitzanordnungen alle dort befindlichen Öffnungen (fester Größe) überdecken. Andererseits kann es erwünscht sein, die Schlitzanordnungen nur über den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der Oberseite des waagrechten Teils zu verteilen. In dem letztgenannten Fall, bei dem die Schlitzanordnungen nur über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verteilt sind, während der Rest der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils mit einer Mehrzahl von verteilt angeordneten Öffnungen fester Größe versehen ist, kann es in manchen Fällen erwünscht sein, die prozentuale Öffnungsfläche des waagrechten Teils über die volle Ausdehnung hinweg im wesentlichen konstant zu halten, so daß jede beliebige kleine Zone auf dem Boden die gleiche prozentuale Öffnungsfläche wie jede andere Zone hat. Wenn Schlitzanordnungen nur in den Flüssigkeitsaufprallbereichen der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils vorgesehen wer-

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fix

eny ,-is^h es_; jedoch notwendig/-die^Gesaifitoffnuhgsf lache de-r_ -StJh₁Iitzanoxdnυngen so ei-nzustel'lef-T/" daß^: der Differenz hin;siG,htl,i.cii-::der/iÖf fnungskoeffizienten* zwischen den beiden Gepipjsirlen · (d.hi den Perf oratiotisöf f nuhgen fester Größe und-den?Schlitzöf!fnungen)· entsprechend der folgenden Gleichung Rechnung getragen wirdi " ' ^:

Λ =

A^ Λ

-A^- = Prozentsatz der ÖffnungsFläche der Schlitz-., ·.■ .: öffnungen auf den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils, bezogen auf die Oberfläche des waagrechten Teils;

C .= Öffnungskoeffizient der Öffnungen in den

■■. restlichen Teilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils; ^:

Cj. = Öffnungskoeffizient der Schlitzöffnungen auf ...-. den Flüssigkeitsauf prallf lächenteilen der

oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils und

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A = Prozentsatz der Öffnungsfläche der Öffnungen in den restlichen Teilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils, bezogen auf die Oberfläche des waagrechten Teils.

Entsprechend dieser Beziehung zwischen der Öffnungsfläche der Schlitzöffnungen auf den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils und der Öffnungsfläche der Öffnungen in den restlichen Teilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils kann der Gasstrom durch die Öffnungsfläche über alle Abschnitte des Bodens hinweg im wesentlichen gleichförmig gehalten werden.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebauten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden. Der Kontaktboden weist vier schmale, trogartige Fallschächte TOa, 10b, 10c und 1Od auf, die über den Boden parallel zueinander gleichmäßig verteilt sind, als einzige Flüssigkeitsüberleitung durch den waagrechten Teil 12 hindurchreichen und einen kleineren Teil des Bodenoberflächenbereichs einnehmen, so daß der waagrechte Teil in Abschnitte von im wesentlichen gleicher Oberfläche je Längeneinheit von benachbarten Fallschächten unterteilt ist. Der waagrechte Teil 12 weist obere und untere Hauptflächen mit einer Mehrzahl von Öffnungen 6 auf, die über diese Flächen verteilt sind und durch die Bodenplatte hindurch-

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reichen, um Dampf durchströmen zu lassen. Über die Flüssigkeitsauf prallf lächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils ist eine Mehrzahl von Schlitzanordnungen 31 zur Ausbildung eines Dampfstroms zum Verhindern des Durchregnens von auf treffender Flüssigkeit verteilt, die von Fallschächten eines darüberliegenden Bodens durch die Öffnungen fester Größe in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils hindurch ausgetragen wird. In Verbindung mit der Verwendung von Schlitzanordnungen, die über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verteilt sind, ist der Boden mit einer Anzahl von lotrecht nach oben reichenden Führungswandteilen 4 versehen, die an einem unteren Rand mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils verbunden sind, um den Flüssigkeitsstrom auf der oberen Hauptfläche auszurichten und dort Flüssigkeitsfehlverteilungen zu vermeiden. Wie gezeigt, sind die Führungswandteile 4 in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verteilt; derartige Wandteile können jedoch an jedem beliebigen Bereich der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils vorgesehen sein. Die Führungswandteile haben bei der Ausführungsform nach Fig. 8 die Aufgabe, die auf die Flüssigkeitsaufprallflächen des perforierten waagrechten Teils auftreffende Flüssigkeit in eine Richtung zu lenken und den Flüssigkeitsstrom zu den Nichtaufprallflächen der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils zu führen. Auf diese Weise wird die Zweiphasen-

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gemischhöhe der Flüssigkeitsdispersion auf der oberen Hauptfläche des Bodens im wesentlichen gleichförmig gemacht, und Leistungsverluste bei dem Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit/ die auf eine Flüssigkeitsfehlverteilung auf der Bodenoberfläche zurückzuführen sind, werden vermieden.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich vollständiger aus dem nachfolgenden Beispiel.

BEISPIEL

Bei diesem Beispiel wurde eine Anzahl von Mehrfachfallschacht-Dampf-Flüssigkeits-Kontaktböden auf durchgreifendes Durchregnen hin ausgewertet. Zu diesen Böden gehörten Böden, die in bekannter Weise ausgebildet waren, und Böden, die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut waren. Jeder der Dampf-Flüssigkeits-Kontaktböden hatte eine Fallschachtausbildung, die ähnlich der in Fig. 8 veranschaulichten Ausbildung war, wobei jeder Boden 4 Fallschächte aufwies. Der Bodendurchmesser betrug 5300 mm bei einer Bodendicke von 2,5 mm. Der Mittenabstand der Fallschächte betrug 1173 mm. Die Fallschachtlänge für die kleineren, außensitzenden Fallschächte betrug 3472 mm, während die größeren mittleren Fallschächte eine Fallschachtlänge von 4578 mm hatten. Jeder der Fallschächte hatte eine Breite von 152 mm und eine Höhe von 160 mm, einschließlich einer Höhe über dem perforierten waagrechten Teil des

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Bodens von 51 mm. Jeder der Böden hatte eine prozentuale Öffnungsfläche von 18,22 %, bezogen auf die Gesamtoberfläche des waagrechten Teils.

Bei der Auswertung wurden 6 Bodenausbildungen getestet, die unten als Böden 1 bis 6 bezeichnet sind. Die Böden 1 und 2 hatten einen waagrechten Teil mit einer Mehrzahl von Öffnungen fester Größe, die über die Oberflächen der Böden verteilt waren und durch den waagrechten Teil hindurchreichten, um Dampf durchströmen zu lassen, ohne daß dabei aber Schlitzanordnungen entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehen waren. Der Durchmesser der über den horizontalen Teil verteilten Perforationsöffnungen fester Größe betrug 6,35 mm. Die Böden 1 und 2 waren gleich ausgebildet, mit der Ausnahme, daß der Boden 2 mit einer Mehrzahl von lotrecht nach oben reichenden Führungswandteilen versehen war, die an einem unteren Rand mit der flachen oberen Hauptfläche des horizontalen Teils in einer Verteilung ähnlich derjenigen nach Fig.8 verbunden waren. Die Böden 3 und 4 waren mit einer Mehrzahl von Schlitzanordnungen versehen, die über die beschränkten Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verteilt waren. Die Schlitzanordnungen auf diesen Böden waren von der in den Fign. 4 und 5 veranschaulichten Art. Die Schlitzöffnungshöhe betrug 3,25 mm bei einer oberen Breite der Schlitzöffnungen von 12 mm und einer unteren Breite der Schlitzöffnungen von 18,5 mm. Die

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die Schlitzöffnung begrenzenden Seitenwände waren mit Bezug auf den waagrechten Bodenteil in einem Winkel von 45° ausgerichtet. Die Schlitzanordnungen der Böden 3 und 4 waren so orientiert, daß für einen zu den Seiten der Bodenfallschächte parallelen Dampfstrom gesorgt wurde; die Schlitzanordnungen waren in Querrichtung gegeneinander versetzt. Die Schlitze befanden sich gerade an den Aufprallflächen der austretenden Flüssigkeit; ihre Öffnungsfläche war auf den Faktor 1,15 eingestellt. Infolgedessen betrug die prozentuale Öffnungsfläche in den Aufprallbereichen 20,95 %, während die prozentuale Öffnungsfläche des restlichen perforierten Bodens 18,22 % betrug. Die Böden 3 und 4 waren gleich aufgebaut, mit der Ausnahme, daß der Boden

4 eine Mehrzahl von lotrecht nach oben reichenden Führungswandteilen hatte, die an einem unteren Rand mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils in den Aufprallbereichen verbunden waren, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die Böden

5 und 6 waren mit der gleichen Art von Schlitzen wie die Böden 3 und 4 versehen, mit der Ausnahme, daß im ersten Fall die Schlitzanordnungen so orientiert waren, daß ein zu den Seiten der Bodenfallschächte senkrechter Dampfstrom verursacht wurde. Die Schlitzanordnungen waren in Querrichtung versetzt. Die Böden 5 und 6 waren gleich aufgebaut, mit der Ausnahme, daß der Boden 6 mit einer Mehrzahl von lotrecht nach oben reichenden Führungswandteilen versehen war, die an einem unteren Rand mit der oberen Hauptfläche des waag-

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-V-

rechten Teils innerhalb der Flüssigkeitsaufprallbereiche verbunden waren, wie dies in Fig. 8 veranschaulicht ist.

Während der Versuchsauswertung wurde das Durchregnen von Flüssigkeit für jeden der zuvor genannten Böden 1 bis 6 beim Inkontaktbringen von Luft und Wasser gemessen. Im Betrieb wurde dem Versuchsboden Luft mittels eines Luftgebläses in einer Volumendurchflußmenge von 37,1 m /s zugeführt, während Wasser in einer Volumendurchflußmenge von 0,19 m /s zugeführt wurde. Um die Rate des Durchregnens zu messen, wurde ein Trichter unter einem der Flüssigkeitsaufprallflächenteile des waagrechten Bodenteils angeordnet, und durchdringende Flüssigkeit wurde in einer 170 1-Trommel aufgefangen. Die Menge der aufgefangenen, durchgedrungenen Flüssigkeit wurde benutzt, um durch direktes Inverhältnissetzen eine Gesamtdurchregenrate zu bestimmen.

Die Ergebnisse der Auswerteversuche sind unten in der Tabelle I wiedergegeben.

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TABELLE I

DURCHREGENMESSUNGEN BEI DAMPF-FLÜSSIGKEITSKONTAKTBÖDEN

Bodenart

Führungswandteile

% Durch· regnen

1. perforierter waagrechter nein Teil - keine Schlitzanordnungen

2. perforierter waagrechter ja Teil - keine Schlitzanordnungen

3. geschlitzter waagrechter nein Teil; Dampfstrom parallel zur Seite der Fallschächte des Bodens

4. geschlitzter waagrechter ja Teil; Dampfstrom parallel zur Seite der Fallschächte des Bodens

5. geschlitzter waagrechter nein Teil; Dampfstrom senkrecht zur Seite der Fallschächte des Bodens

6. geschlitzter waagrechter ja Teil; Dampfstrom senkrecht zur Seite der Fallschächte des Bodens

8,95

10,68

3,38

4,3?

2,95

4.32

Beim Vergleich der Versuchsböden 1, 3 und 5 ergibt sich, daß die Verwendung von entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schlitzanordnungen zu einer beträchtlichen Verminderung des auf den Versuchsböden gemessenen Durchregnens im Vergleich zu dem bekannten Versuchsboden 1 führt, bei dem kei-

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-Jt-

ne Schlitzanordnungen vorhanden sind. Bei einem Vergleich der Versuchsböden 3 und 5 ist festzustellen, daß der Versuchsboden 5, der mit senkrecht zu der Seite des Bodenfallschachts ausgerichteten Schlitzen versehen ist, eine kleine Verbesserung gegenüber dem Boden 3 bietet, bei dem Schlitze vorhanden sind, die parallel zu der Seite des Bodenfallschachts ausgerichtet sind. Die Herabsetzung des Durchregnens, die mittels der Schlitzanordnung nach der vorliegenden Erfindung erreicht wird, läßt sich durch zwei getrennte Funktionsgesichtspunkte charakterisieren. Zum einen wird die nach unten gerichtete Impulskomponente der strömenden Flüssigkeit, die aus den Fallschächten des darüberliegenden Bodens austritt, mittels der nach oben abgesetzten Oberseite der Schlitzanordnung aufgefangen. Auf diese Weise wird ' die Flüssigkeit daran gehindert, durch die überdeckte Öffnung fester Größe frei hindurchzutreten. Zum anderen wird Flüssigkeit auf der Bodenplatte nahe den Schlitzanordnungen mittels der kinetischen Energie des aus den Schlitzöffnungen austretenden Dampfs in waagrechter Richtung verlagert. Auf diese Weise wird der hydrostatische Flüssigkeitsdruck auf dem Boden in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils auf einem geeignet niedrigen Wert gehalten .

Ein Vergleich der Versuchsböden 1 und 2, 3 und 4 sowie 5 und 6 zeigt, daß durch die Verwendung von Führungswandteilen zur

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Vermeidung einer Flüssigkeitsfehlverteilung auf der Bodenoberseite das Durchregenproblem verstärkt wird. Weil die Verwendung von Führungswandteilen die Flüssigkeitsverweildauer auf dem größten Teil der Bodenfläche erhöht, hat die Flüssigkeit eine entsprechend gesteigerte Gelegenheit, durch die Perforationen des waagrechten Teils insbesondere im Aufprallbereich der aus den Fallschächten austretenden Flüssigkeit hindurchzugelangen. Infolgedessen wird es, wenn Führungswandteile benutzt werden, um so wichtiger, das Durchregnen so weit wie möglich zu beschränken, ohne entgegenwirkende Effekte zu schaffen. Durch Verwendung der Schlitzanordnungen nach der vorliegenden Erfindung im Aufprallbereich der aus den Fallschächten austretenden Flüssigkeit kann ein solches Durchregnen wesentlich begrenzt werden.

Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben wurden, versteht es sich, daß nur durch Modifizierung der offenbarten Merkmale andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung in Betracht kommen.

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Claims

Beansprucht wird:

f 1 .J Bei einem Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden, wie er in einer Kontaktkolonne verwendet wird, bei der mehrere solche Böden lotrecht in Abstand voneinander liegen, zur Herbeiführung eines Kontakts zwischen einem hochsteigenden Dampf und einer Flüssigkeit, die über einen waagrecht angeordneten Teil des Bodens zu einer durch diesen waagrechten Teil hindurchreichenden Flüssigkeitsfallschachtanordnung strömt, wobei der waagrechte Teil obere und untere Hauptflächen aufweist, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen sind, die über diese Flächen verteilt sind und durch den waagrechten Teil hindurchreichen, um Dampf durchströmen zu lassen, und wobei die Fallschachtanordnung so angeordnet ist, daß Flüssigkeit auf Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils eines in der Kontaktkolonne darunterliegenden Bodens ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils eine Mehrzahl von Schlitzanordnungen zur Ausbildung eines Dampfstroms zum Verhindern des Durchregnens von auf-

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treffender Flüssigkeit verteilt ist, die von der Fallschachtanordnung eines darüberliegenden Bodens durch die Öffnungen in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils hindurch ausgetragen wird, wobei jede der Schlitzanordnungen eine durch den waagrechten Teil hindurchgehende Öffnung fester Größe im wesentlichen überdeckt und eine gegenüber der oberen Hauptfläche nach oben abgesetzte Oberseite hat, wobei mindestens zwei in Abstand voneinander liegende Randabschnitte der nach oben abgesetzten Oberseite von der oberen Hauptfläche jeweils unter Bildung einer Schlitzöffnung getrennt sind und wobei Seitenwände die Schlitzöffnungen begrenzen und die Oberseite der Schlitzanordnung mit der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verbinden, derart, daß die nach oben abgesetzte Oberseite und die Seitenwände zusammen die überdeckte, durch den waagrechten Teil hindurchreichende Öffnung fester Größe überbrücken und für eine Strömungsverbindung für einen Dampfstrom von der überdeckten Öffnung fester Größe durch die Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung hindurch sorgen, wodurch die von der Fallschachtanordnung eines in der Kontaktkolonne darüberliegenden Bodens ausgetragene und auf die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils aufprallende Flüssigkeit durch den aus den Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung austretenden Dampf mit einer waagrecht gerichteten

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Dampfschubkraft beaufschlagt wird, um ein Durchregnen von Flüssigkeit durch die Öffnungen fester Größe in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils zu verhindern.
2. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben abgesetzte Oberseite der Schlitzanordnung rechteckige Form hat und die Randabschnitte den Längskanten der rechteckigen Oberseite entsprechen, wobei querverlaufende Ränder der rechteckigen Oberseite mit den Seitenwänden verbunden sind, so daß die Schlitzanordnung zwei gegenüberliegende, parallele Schlitzöffnungen bildet, die in Querrichtung in Abstand voneinander liegen.
3. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben abgesetzte Oberseite der Schlitzanordnung Dreieckform hat und die Randabschnitte Teilen jeder der Seitenkanten der dreieckigen Oberseite entsprechen, wobei die Spitzenkanten der dreieckigen Oberseite mit den Seitenwänden verbunden sind, wodurch die Schlitzanordnung drei Schlitzöffnungen bildet, die in Umfangsrichtung in Abstand voneinander liegen.

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-A-

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4. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbereich des waagrechten Teils zwischen 50 und 90 % der Querschnittsfläche
des Bodens ausmacht.
5. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsfläche der Öffnungen
fester Größe zwischen 1 und 20 % der Oberfläche des waagrechten Teils beträgt.
6. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Öffnungen in dem waagrechten
Teil des Bodens Öffnungen von fester Größe sind, sowie
daß die Schlitzanordnungen über die gesamte obere Hauptfläche des waagrechten Teils verteilt sind und über allen dort befindlichen Öffnungen fester Größe liegen.
7. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzanordnungen nur über den
Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils verteilt sind und die Beziehung zwischen der Öffnungsfläche der Schlitzöffnungen auf den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils und der Öffnungsfläche der
Öffnungen in den restlichen Teilen des waagrechten Bodenteils durch die Gleichung:

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bestimmt ist, wobei:

A. = der Prozentsatz der Öffnungsfläche der Schlitzöffnungen auf den Flüssigkeitsauf prallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils, bezogen auf die Oberfläche des waagrechten Teils;

C = Öffnungskoeffizient der Öffnungen in den restlichen Teilen des waagrechten Bodenteils;

C. = Öffnungskoeffizient der Schlitzöffnungen auf den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils und

A = Prozentsatz der Öffnungsfläche der Öffnungen in den restlichen Teilen des waagrechten Bodenteils, bezogen auf die Oberfläche des waagrechten Teils.

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8. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch auf dem Boden angeordnete, lotrecht nach oben reichende Führungswandteile zum Ausrichten des Flüssigkeitsstroms auf der oberen Hauptfläche und zur Vermeidung von Flüssigkeitsfehlverteilungen auf dieser Hauptfläche.
9. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens drei schmale, trogartige Fallschächte, die über den Boden parallel zueinander gleichmäßig verteilt sind, als einzige Flüssigkeitsüberleitung durch den waagrechten Teil hindurchreichen und einen kleineren Teil des Bodenoberflächenbereichs einnehmen, derart, daß der waagrechte Teil in Abschnitte von im wesentlichen gleicher Oberfläche je Längeneinheit von benachbarten Fallschächten unterteilt ist, wobei jeder Fallschacht ausgestattet ist mit (1) zwei in Abstand voneinander liegenden Einlaßlängsrändern, die jeweils benachbart einem Abschnitt des waagrechten Teils angeordnet sind, (2) nichtperforierten, relativ langen und tiefen Längsseitenwänden sowie nichtperforierten, relativ kurzen Querendwänden, die (a) einen diskreten, inaktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs ausmachen, (b) einen ein Entmischen von Dampf aus einer Zweiphasenfluiddispersion erlaubenden Einlaßendabschnitt zur Aufnahme eines Anteils der Zweiphasenfluiddispersion bilden, und

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(c) einen Auslaßendabschnitt zum Sammeln von entmischter Flüssigkeit sowie zum Abführen der entmischten Flüssigkeit von dem Boden bilden, und (3) mittels Flüssigkeit abdichtbaren Auslaßmitteln,, die den Austritt der entmischten Flüssigkeit steuern und die an das untere Ende der Seiten- und Endwände anschließen, wobei die Auslaßmittel eine kleinere Querschnittsfläche als der Einlaßendabschnitt haben, aber ausreichend groß sind, um den Flüssigkeitsspiegel unter dem Einlaßende zu halten.
10. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben abgesetzte Oberseite der Schlitzanordnung im wesentlichen parallel zu der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils ist, und daß jede Schlitzöffnung eine langgestreckte Form sowie eine größere Breite als Höhe hgt.
11. Bei einem Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden, wie er in einer Kontaktkolonne verwendet wird, bei der mehrere solche Böden lotrecht in Abstand voneinander liegen, zur Herbeiführung eines Kontakts zwischen einem hochsteigenden Dampf und einer Flüssigkeit, die über einen waagrecht angeordneten Teil des Bodens zu einer Flüssigkeitsfallschachtanordnung strömt, wobei

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der waagrechte Teil obere und untere Hauptflächen aufweist, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen sind, die über diese Flächen verteilt sind und durch den waagrechten Teil hindurchreichen, um Dampf durchströmen zu lassen, mit mindestens drei schmalen, trogartigen Fallschächten, die über den Boden parallel zueinander gleichmäßig verteilt sind, als einzige Flüsskeitsüberleitung durch den waagrechten Teil hindurchreichen und einen kleineren Teil des Bodenoberflächenbereichs einnehmen, derart, daß der waagrechte Teil in Abschnitte von im wesentlichen gleicher Oberfläche je Längeneinheit von benachbarten Fallschächten unterteilt ist, wobei jeder Fallschacht ausgestattet ist mit (1) zwei in Abstand voneinander liegenden Einlaßlängsrändern, die jeweils benachbart einem Abschnitt des waagrechten Teils angeordnet sind, (2) nichtperforierten, relativ langen und tiefen Längsseitenwänden sowie nichtperforierten, relativ kurzen Querendwänden, die (a) einen diskreten, inaktiven Teil des Bodenoberflächenbereichs ausmachen, (b) einen ein Entmischen von Dampf aus einer Zweiphasenfluiddispersion erlaubenden Einlaßendabschnitt zur Aufnahme eines Anteils der Zweiphasenfluiddispersion bilden, und (c) einen Auslaßendabschnitt zum Sammeln von entmischter Flüssigkeit sowie zum Abführen der entmischten Flüssigkeit von dem Boden bilden, und (3) mittels Flüssigkeit abdichtbaren Auslaßmitteln, die den Austritt der entmischten

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Flüssigkeit steuern und die an das untere Ende der Seiten- und Endwände anschließen, wobei die Auslaßmittel eine kleinere Querschnittsfläche als der Einlaßendabschnitt haben, aber ausreichend groß sind, um den Flüssigkeitsspiegel unter dem Einlaßende zu halten, und wobei die Fallschachtanordnung so angeordnet ist, daß Flüssigkeit auf Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Teils eines in der Kontaktkolonne darunterliegenden Bodens ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß über die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils eine Mehrzahl von Schlitzanordnungen zur Ausbildung eines Dampfstroms zum Verhindern des Durchregnens von auftreffender Flüssigkeit verteilt ist, die von der Fallschachtanordnung eines darüberliegenden Bodens durch die Öffnungen in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils hindurch ausgetragen wird, wobei jede der Schlitzanordnungen eine durch den waagrechten Teil hindurchgehende Öffnung fester Größe im wesentlichen überdeckt und eine gegenüber der oberen Hauptfläche nach oben abgesetzte Oberseite hat, wobei mindestens zwei in Abstand voneinander liegende Randabschnitte der nach oben abgesetzten Oberseite von der oberen Hauptfläche jeweils unter Bildung einer Schlitzöffnung getrennt sind und wobei Seitenwände die Schlitzöffnungen begrenzen und die Oberseite der Schlitzanordnung mit der oberen Hauptfläche

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des waagrechten Bodenteils verbinden, derart, daß die nach oben abgesetzte Oberseite und die Seitenwände zusammen die überdeckte, durch den waagrechten Teil hindurchreichende Öffnung fester Größe überbrücken und für eine Strömungsverbindung für einen Dampfstrom von der überdeckten Öffnung fester Größe durch die Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung hindurch sorgen, wodurch die von der Fallschachtanordnung eines in der Kontaktkolonne darüberliegenden Bodens ausgetragene und auf die Flüssigkeitsaufprallflächenteile der oberen Hauptfläche des waagrechten Bodenteils aufprallende Flüssigkeit durch den aus den Schlitzöffnungen der Schlitzanordnung austretenden Dampf mit einer waagrecht gerichteten Dampfschubkraft beaufschlagt wird, um ein Durchregnen von Flüssigkeit durch die Öffnungen fester Größe in den Flüssigkeitsaufprallflächenteilen des waagrechten Bodenteils zu verhindern.

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