-
Rektifikationskolonne mit horizontalen Austauschböden
-
Die Erfindung betrifft eine Rektifikationskolonne mit horizontalen
Austauschböden, in der Gas und Flüssigkeit durch dieselben Durchtrittsöffnungen
der Austauschböden geführt werden (Dual-flow).
-
In bisher bekannten Rektifikationskolonnen mit Austauschböden werden
als Austauschelemente hauptsädhlich Flach-und Schlitzglocken, Ventile und Sieblöcher
verwendet. Durch diese Elemente strömt das Gas und durchsprudelt die auf den Böden
fließende Flüssigkeit im Kreuzstrom. Dabei gelangt die Flüssigkeit Jeweils über
ein Einlaufwehr auf den Austauschboden,
fließt über ein Ablaufwehr
in einen Schacht und gelangt durch diesen auf den nächsten Boden.
-
Um bei einer Rektifikationskolonne mit Austauschböden der oben beschriebenen
Art eine gleichmäßige Durchströmung zu gewährleisten, muß auf den Austauschböden
überall der Flüssigkeitsstand gleich hoch sein, d..h. die Austauschböden müssen
sich in absolut horizontaler Lage befinden. Die Austauschböden einer Rektifikationskolonne
auf einer Offshore-Plattform, einer fahrbaren Anlage oder in durch Windkräfte bewegten
Kolonnenabschnitten führen jedoch Bewegungen aus, so daß die Böden sich nicht ständig
in horizontaler Lage befinden. Dadurch kommt es zu Gas- bzw. Flüssigkeits-Bypässen>
die den Wirkungsgrad der Rektifikationskolonne stark verschlechtern, wenn nämlich
der Flüssigkeitsstand auf den Austauschböden aufgrund der Kolonnenneigung unterschiedlich
hoch wird. Der Hauptstrom weicht dann auf die Seite mit wenig Flüssigkeit aus, wogegen
auf der anderen Bodenseite unter dem Druck der hohen Flüssigkeitssäule der Boden
durchzuregnen beginnt. Bei Böden mit Zu- und AblauSschächten besteht zwischen diesen
eine Strömung, die bei Neigung der Böden verstärkt oder aufgehoben oder in andere
Richtung abgelenkt wird. Dies führt zu unerwünschten Vermischungen und zu Änderungen
der Verweilzeit der Flüssigkeit auf den Böden, was wiederum den Wirkungsgrad der
Rektifikationskolonne ungünstig beeinflußt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rektifikationskolonne
zu entwickeln, die für den Offshore-Betrieb und allgemein für bewegliche Anlagen
geeignet ist, d#h. eine Rektifikationskolonne, bei der auch bei geringer Gasbelastung
und unterschiedlichen Flüssigkeitsständen auf den Austauschböden noch eine Rektifikation
mit gleichbleibend gutem Wirkungsgrad möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Austauschböden
aus einzelnen Elementen mit sinus- oder sägezahnähnlichem Profil zusammengesetzt
sind, wobei das Profil jedes Elementes sich über nahezu eine volle Periode erstreckt
und benachbarte Elemente derart nebeneinander phasenverschoben angeordnet sind,
daß jeweils die nach unten offene Halbwelle des Profils eines Elementes die nach
oben offene rinnenförmige Halbwelle des Profils des Nachbarelementes ohne sie zu
berühren überlappt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Austauschböden in einer
Rektifikationskolonne aus Elementen mit sinus- oder sägezahnähnlichem Profil zusammengesetzt.
Diese Elemente sind dabei angeordnet wie im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs
beschrieben. Die nach oben offenen Halbwellen der Elemente bilden Rinnen, in denen
sich Rektifikationsflüssigkeit sammelt.
-
Von der diese Kanäle überlappenden, nach unten geöffneten Halbwelle
des jeweiligen Nachbarelementes wird das von unten kommende
Gas
durch die Flüssigkeit geleitet. Auf demselben Weg läuft überschüssige Flüssigkeit
ab und gelangt auf den nächsttieferen Boden. Die vorliegende Erfindung sieht also
einen Durchtritt von Gas und Flüssigkeit durch dieselben oeffnungen im Gegenstrom
vor. Diese Strömungsart ist unter der Bezeichnung Dual-Flow bekannt.
-
Durch den Gegenstand der Erfindung ist es möglich, Rektifikationssäulen
bei gleichbleibend gutem Wirkungsgrad in beweglichen Anlagen, beispielsweise im
Offshore-Betrieb, zu verwenden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Austauschböden
entfallen Zu- und Ablaufschächte, wodurch keine großen störanfälligen Flüssigkeitswege
auftreten. Als weiterer großer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der
Austauschböden wird durch die siphonartige Konstruktion ein ständiger Flüssigkeitsverschluß
erreicht, so daß die Kolonne einen großen Belastungsbereich bewältigen kann. Darüber
hinaus liegt die für den Stoffaustausch günstigste Strömungsform, nämlich Gegenstrom,
vor.
-
Zugleich treten auf den Austauschböden immer gleichhohe Flüssigkeitsstände
auf. Dies wird insbesondere bei einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden
Erfindung erreicht, bei der die benachbarten Austauschböden bezüglich der Richtung
der Rinnen gegeneinander um die Achse der Rektifikationskolonne gedreht sind, vorzugsweise
um 900.
-
Mit geringem Aufwand können die erfindungsgemäßen Austauschböden
gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes geschottet
sein. Dazu sind die Oberseiten der nach oben geschlossenen Halbwellen der Profile
der Austauschelemente entlang dem Wellenscheitel und/oder die nach oben offenen
Halbwellen über den Rinnenquerschnitt hinweg mit Wehren versehen. Durch die Schottung
wird bei starker Neigung der Austauschböden ein Abfließen der Flüssigkeit verhindert.
-
Mit Vorteil sind die Wehre in den nach oben offenen Halbwellen der
Profile als Rückschlagklappen ausgebildet.
-
Selbstverständlich ist es möglich, die Profile der Austauschelemente
in verschiedener Weise zu gestalten. Oft erweist es sich als günstig, daß dieses
Profil geradlinige Abschnitte aufweist. Die Elemente können dann zum Beispiel ein
sägezahn- oder rechteckwellenähnliches Profil aufweisen.
-
Durch Veränderung der Rinnenquerschnitte läßt sich in einfacher Weise
das Flächenverhältnis des erfindungsgemäßen Austauschbodens für Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt
verändern, wodurch sich die Flexibilität des Austauschbodens erhöht.
-
Durch den einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Austauschböden ist
es möglich, sie in Rektifikationssäulen mit beliebigem Querschnitt zu verwenden.
Beispielsweise können neben Säulen mit rundem auch solche mit rechteckigem Querschnitt
verwendet
werden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
-
Es zeigen: Figur 1 eine Rektifikationssäule mit erfindungsgemäßen
Austauschböden, Figur 2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Austauschbodens,
Figuren 3a, mit Wehren versehene Elemente der Austauschböden, 3b und 3c Figren 4a
mögliche konstruktive Varianten der Profilform und 4b der Elemente der Austauschböden.
-
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Rektifikationskolonne 1 mit
horizontalen Austauschböden 2 dargestellt, die aus Elementen 3 mit sinusähnlichem
Profil besteht.
-
Figur 2 zeigt einen Austauschboden 2 dieser Rektifikationskolonne
im Querschnitt. Im rinnenförmigen Teil der Profilbleche 3 steht Flüssigkeit 4. Die
Pfeile 5 und 6 verdeutlichen die Strömungswege von Flüssigkeit und Dampf. Uber der
Flüssigkeit kommt es durch das Einsprudeln von Gas zur Bildung von Blasen 11.
-
Eine mögliche Schottung eines erfindungsgemäßen Austauschbodens mit
Wehren 7, 8, 8' zeigen die Figuren 3a, 3b
und 3c. In Figur 5c ist
dabei ein als Rückschlagklappe ausgebildetes Wehr 8' gezeigt. Es ist um eine Achse
9 drehbar gelagert und besitzt zur einen Seite hin einen Anschlag 10.
-
Einige weitere mögliche Profilformen 3', 5?? der Elemente der Austauschböden
2 zeigen die Figuren 4a und 4b.