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Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkeitsverteiler für Flüssigkeits
Dampf-Kontskttürme und insbesondere eine verbesserte Flüssigkeitsverteiler
anordnung für Säulen, die einen Gegenstrom von Dampf und Flüssigkeit
beinhalten. Ein Verteiler für eine Anwendung in derartigen Türmen ist in der
US-A-3 360 246 offenbart.
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Nach dem Stand der Technik ist die Verwendung unterschiedlicher Arten von
Austauschsäulen gut bekannt, in denen ein Gas und eine Flüssigkeit aus Gründen
des Massen- oder Wärmeübergangs, enger Fraktionierung und/oder Trennung
von Bestandteilen des Einsatzmaterials und anderer Einheitsverfahren bevorzugt
in einem Gegenstrom in Kontakt miteinander kommen. Ein wirkungsvoller Betrieb
erfordert Massenübergang, Wärmeübergang, Fluidverdampfung und/oder
kondensation, wobei eines der Fluide durch eine minimale Druckabnahme
innerhalb eines bestimmten Bereichs oder bestimmter Bereiche mit minimalen,
deren Bereich und Volumen bestimmenden Abmessungen gekühlt werden
kann. Dies sind die Voraussetzungen für einen leistungsfähigen Betrieb. Sie sind
für eine enge Fraktionierung notwendig. Aus diesem Grund hat sich der
Gegenstrom von Dampf und Flüssigkeit in derartigen dem Stand der Technik
entsprechenden Austauschkolonnen zu einem etablierten Verfahren eines derartigen
Dampf-Flüssigkeitskontaktes entwickelt. Die eigentliche
Dampf-Flüssigkeitsgrenzfläche erfordert die Verwendung eines Füllkörperbettes, das in der Säule
angeordnet ist. Die Flüssigkeit wird dann auf die am besten durchführbare
Weise über das Füllkörperbett verteilt, während der Dampf unter dem Füll
körperbett in dem unteren Turmbereich verteilt wird. Auf diese Weise ist die
Flüssigkeit, die durch das Füllkörperbett nach unten tropft, für einen Kontakt
und eine Wechselwirkung von Dampf und Flüssigkeit dem Dampf ausgesetzt
und befindet sich in Kontakt mit diesem. welcher durch das Füllkörperbett
aufsteigt.
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Es hat sich durchgesetzt, daß der Aufbau des Füllkörperbettes den
Druckabfall, den Wirkungsgrad der Dampf-Flüssigkeitsgrenzfläche und den damit
einhergehenden Massen- und Wärmeübergang, der in einem Prozeßturm auftritt,
bestimmt. Sowohl die Mittel für eine wirksame und gleichmäßige Verteilung des
Dampfes und der Flüssigkeit an entgegengesetzten Enden des Füllkörperbettes
als auch die Mittel zur Aufrechterhaltung der Verteilung in ihm sind für einen
leistungsfähigen Betrieb entscheidend. Nur mit einer wirkungsvollen
Dampfund Flüssigkeitsverteilung zu Beginn und einer Aufrechterhaltung einer derartigen
Verteilung innerhalb des Füllkörperbettes werden homogene Mischzonen in dem
Bett gebildet, um den Wirkungsgrad zu maximieren. Der Wirkungsgrad einer
Säule steht in direktem Zusammenhang mit den Betriebskosten und der
Produktionsqualität. Aus diesem Grund sind in herkömmlichen Austauschsäulen
unzählige, dem Stand der Technik entsprechende Ausgestaltungen von Füllkörpern
weit verbreitet. Der Wirkungsgrad eines Füllkörpers ist jedoch in hohem Maße
durch den Wirkungsgrad der Dampf- und Flüssigkeitsverteilung in ihm begrenzt.
Wenn zum Beispiel entweder der Dampf oder die Flüssigkeit nicht gleichmäßig
über die Kreuzungsbereiche der Füllkörper verteilt sind, ist der Nutzen oder die
Nutzbarkeit jenes Füllkörperteils mit einer schlechten oder gar keinen Verteilung
ausgeschlossen. Dieses Phänomen wiederum reduziert direkt den Wirkungsgrad
des Turmes und verschlechtert die Kostenwirksamkeit des Betriebs. Die Tiefen
des Füllkörperbettes sind für die Aufstellung von Produktionskriterien
entscheidend und können die Betriebskosten beeinflussen Sollten Dampf und
Flüssigkeit nicht gleichmäßig verteilt sein oder sollte die Homogenität nicht
aufrechterhalten werden, kann dies zu ernsten Konsequenzen, insbesondere in
der Erdöl verarbeitenden Industrie führen.
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Neben den Füllkörperbetten selbst ist der Flüssigkeitsverteiler die wichtigste
Einheit des Turminneren. Eine Leistungsabnahme eines Füllkörperturms rührt
manchmal von Problemen bei der Flüssigkeitsverteilungsproblemen her, wie einem
Verstopfen und einer ungleichmäßigen Verteilung. Demzufolge ist die Auswahl
eines richtigen Flüssigkeitsverteilers für einen ununterbrochenen Anlagenbetrieb
entscheidend. Überlegungen hinsichlich des Betriebs beinhalten demzufolge die
funktionellen Gesichtspunkte des Verteilers, wie welcher Füllstand der
Verteilerrinnen beibehalten wird, wie gut die Grundfläche innerhalb ausgeglichen ist, und
wie die Flüssigkeit auf die Rinnen verteilt ist, so daß ein im wesentlichen
gleichmäßiger Flüssigkeitspegel beibehalten wird. Der letztere Punkt gilt
insbesondere für Prozeßtürme mit einem großen Durchmesser, in denen der
Trennkasten und die Verteilerrinnen selbst sehr lang sind und sich die
Flüssigkeitsgradienten zwischen entgegengesetzten Enden der Rinnen eingestellt haben.
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Herkömmliche Flüssigkeitsverteiler beinhalten im allgemeinen eine Reihe von
Sprühköpfen mit vielen Öffnungen. die geeignet sind, Flüssigkeit in Form eines
Sprühnebels über einem Füllkörperbett zu verteilen. Bei Verwendung einer
Füllkörperschüttung, in der eine Vielzahl von regellos ausgerichteten
Füllkörperelementen innerhalb der Austauschkolonnen angeordnet sind, ist ein derartiges
Flüssigkeitsverteilungsverfahren manchmal wirkungsvoll. Dies gilt insbesondere.
wenn Parameter für einen hohen Wirkungsgrad nicht von entscheidender
Bedeutung sind. Im Falle eines Füllkörpers mit hohem Wirkungsgrad, wie er in
der US-Patentschrift Nr.4 604 247 offenbart ist, welche dem Berechtigten der
vorliegenden Erfindung übertragen worden ist, sind jedoch die Mittel für eine
homogene Flüssigkeits- und Gasverteilung von außerordentlicher Bedeutung.
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Die Kosten eines Füllkörpers mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der in dem
oben angeführten Patent beschrieben ist, verlangen Aufmerksamkeit hinsichtlich
einer sauberen Dampf-Flüssigkeitsverteilung. Sogar enge Bereiche nicht
homogener Wechselwirkung zwischen Dampf und Flüssigkeit bedeuten einen
teuren und kostspieligen Verlust. der nicht mit der Verwendung von Füllkörpern
mit hohem Wirkungsgrad vereinbar ist, in denen Raum und Homogenität der
Dampf-Flüssigkeitsgrenzfläche für einen ordentlichen Betrieb sowohl erwartet
werden als auch notwendig sind. Ein der Vielzahl des Standes der Technik
entsprechender Füllkörper mit hohem Wirkungsgrad, wie er in der oben
erwähnten US-Patentschrift dargelegt und gezeigt ist, erfordert einen
Gegenstrom von Dampf und Flüssigkeit durch die Kanäle, die durch
entgegengesetzte Faltungen von in ihnen angeordneten Blechen begrenzt sind.
Wenn die Anfangsverteilung von Flüssigkeit oder Gas nicht in ein bestimmtes
Faltungsmuster eintritt, dann sind wertvolle Oberflächenbereiche in dem
Füllkörper verloren, bis Flüssigkeit und Dampf dazu gezwungen werden, in die
ungefüllten Bereiche des Füllkörpers zu wandern und dort in Wechselwirkung
zuemander zu treten. Nur durch Verwendung sauberer Dampf- und Flüssigkeits
verteilungsvorrichtungen kann ein wirksamer und wirkungsvoller Einsatz von
Füllkörpern mit hohem Wirkungsgrad als auch herkömmlichen
Füllkörperschüttungen sichergestellt sein.
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Die Entwicklung von Systemen zur adäquaten Flüssigkeitsverteilung in
Verfahrenstürmen ist begrenzt, wie es oben dargelegt wurde. Im wesentlichen
ist bekannt. Flüssigkeiten mit Sprühöffnungen, Zuführleitungen, perforierten
Platten. mit Öffnungen versehenen Rinnen und Düsen abzugeben und zu verteilen.
Gas wird im Gegenstrom in einem aufsteigenden turbulenten Zustand
abgegeben,
um eine entsprechende Dampfverteilung bereitzustellen. Obwohl viele
dem Stand der Technik entsprechende Systeme im allgemeinen wirkungsvoll eine
gewisse Menge Dampf und eine gewisse Menge Flüssigkeit in die meisten
Bereiche des Füllkörperbettes verteilen, wird eine gleichförmige Verteilung darin
gewöhnlich nicht ohne weiterentwickelte Verteilungsvorrichtungen erhalten. Der
Massenfluß des Dampfes durch das Füllkörperbett nach oben wird zum Beispiel
nicht gleichförmig sein, wenn Gas nicht mit in jedem Bereich herrschendem
gleichen Druck in unzählige benachbarte Bereichen unter dem Füllkörperbett
eingeführt wird. Ein statistischer Dampfausstoß verteilt einfach ungleiche
Mengen Dampf über die unteren Bereiche des Füllkörperbettes, stellt jedoch
keineswegs eine gleichmäßige Verteilung sicher. Gleichermaßen führt ein
einfacher Spriihnebel von Flüssigkeit über das Füllkörpersbett, obwohl
beabsichtigt ist, daß er wirksam alle Oberflächenbereiche benetzt, häufig zu
hohen Konzentrationen des Flüssigkeitsstroms in bestimmten Bereichen des
Füllkörperbettes und geringeren Konzentrationen des Flüssigkeitsstroms in
anderen Bereichen. Diese Ungleichmäßigkeit hängt natürlich von der
Spriihvorrichtung ab. Verteiler mit Öffnungen sind im allgemeinen anfälliger
gegenüber einem Verstopfen als andere Verteilertypen, und Verstopfungen
neigen dazu, ungleichmäßig aufzutreten, was zu einer ungleichmäßigen
Berieselung innerhalb des Turmes führt. Oberflächenunregelmäßlgkeiten einer
Verteilerschale die während der Herstellung auftreten, werden gleichermaßen
den Fiießwiderstand erhöhen und Gradienten im Flüssigkeitsfüllstand bewirken.
Liegt ein Füllstandsgradient vor, varjiert das Flüssigkeitsgefälle zwischen den
Löchern. und der Fluidstrom aus diesen Löchern ist nicht gleichmäßig. Dies ist
ein merklicher Nachteil. Jegliche Ungeichmäßigkeit des Flusses, die den Fluß in
einem Bereich konzentriert, während er in anderen reduziert wird, ist nachteilig.
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Andere strukturelle und funktionelle Merkmale von Verfahrenskolonnen
können zu Flußungleichmäßigkeiten beitragen. Diese Merkmale beinhalten Größe
und Form der Verteilerrinnen Schritte, die unternommen worden sind, um einen
gleichförmigen Füllstand in diesen Rinnen beizubehalten und Vorrichtungen,
durch die das Fluid auf die Rinnen verteilt wird. Die gebräuchlichste Methode
zur Verteilung eines Fluids beinhaltet die Verwendung eines relativ großen
zentralen Kanals der Trennkasten genannt wird. Der Trennkasten ist über den
Verteilerrinnen angeordnet und nimmt den Anfangsstrom an Fluid aus einer
Zuführleitung auf. Das Fluid strömt in den Trennkasten ein und fließt durch
diesen in die Verteilerrinnen Wenn der Trennkasten an einem Ende einer sehr
langen Verteilerrinne angeordnet ist, wie in einem Verfahrensturm mit großem
Durchmesser, kann ein Flüssigkeitsgradlent einfach aufgrund des
Fließwiderstandes erzeugt werden, der durch die Seitenwände der Rinne und den Austrag
an Flüssigkeit durch die Löcher in der Rinne bewirkt wird. Das Ergebnis sind
reduzierte Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit aus den Enden der Rinne und
hohe Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit aus dem Bereich der Rinne nahe
dem Trennkasten. Derartigen Flüssigkeitsgradienten, die zu einem Verlust des
Fluidgefälles in Richtung des Endes des Trennkastens führen, kann teilweise
entgegengewirkt werden, indem sekundäre Trennkästen an Zwischenpositlonen
zwischen dem Mittelpunkt des Durchmessers des Turmes und den Enden der
länglichen Rinnen verwendet werden. Dies erfordert jedoch sowohl zusätzliches
Metall bei der Fabrikation als auch andere strukturelle und funktionelle
Überlegungen bei der Herstellung.
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Strukturierte Füllkörper können nur geringe Schlechtverteilungen tolerieren,
während regellose Füllkörperschüttungen relativ großen Variationen in der
Flüssigkeitsverteilung standhalten können. Leider tritt der Aufbau einer
ungleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung häufig in Nachbarschaft zu der
gleichmäßigsten oder gleichförmigsten Dampfverteilung auf. Der Grund dafür liegt
darin, daß der Dampf die Möglichkeit hat, sich gleichmäßiger in dem
Füllkörperbett zu verteilen, bevor er den Strom der Flüssigkeitsverteilung durchdringt. Es
wäre daher von Vorteil. Vorrichtungen bereitzustellen, um Flüssigkeit und Dampf
gleichmäßig zu verteilen, bevor sowohl der Dampf als auch die Flüssigkeit in
das Füllkörperbett einströmen, und zwar auf eine Weise, die sowohl eine
gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit als auch des Dampfes und eine
gleichförmige Volumenverteilung bereitstellt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkeitsverteilungssysteme, die geeignet
sind, einen Flüssigkeitsstrom gleichförmig in einem Verfahrensturm zu verteilen.
Insbesondere ist die Erfindung auf einen verbesserten Flüssigkeitsverteiler für
Verfahrenssäulen eines Typs gerichtet, der eine Vielzahl an Verteilerrinnen
aufweist, die geeignet sind, einen Flüssigkeitsstrom aus einer Quelle
aufzunehmen, um einen Flüssigkeitsfüllstand in den Rinnen einzustellen und die
Flüssigkeit nach unten auf darunterliegende Füllkörperbetten zu verteilen. Im
Betrieb wird der Dampf in die Säule eingeführt, damit er durch diese aufsteigt,
und Flüssigkeit wird in der Säule verteilt, so daß sie über die Füllkörperbetten
in dem Turm nach unten fließt, um die Wechselwirkung von Dampf und
Flüssigkeit, die im Wechselstrom durch diesen hindurchströmen, zu erleichtern. Der
Verteiler ist geeignet, über einem Füllkörperbereich angeordnet zu sein, so daß
eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit durch diese in Richtung nach unten
vorliegt. Erfindungsgemäß beinhaltet der Verteiler einen Trennkasten, der den
Verteiler durchmißt und über den Verteilerrinnen angeordnet ist; und einen
Primärstromkanal, der in zumindest einer Rinne, jedoch oberhalb eines sich in
ihr befindenden Flüssigkeitsfüllstandes befestigt ist, um Fluid seitlich in bezug
auf den Trennkasten entlang der jeweiligen Rinne zu verteilen. Der Trennkasten
ist geeignet, die Flüssigkeit gleichzeitig in die Rinnen und die primären
Fließkanäle in diesen zu überführen, derart daß das Fluid sowohl in den Fließkanälen
als auch unter den Fließkanälen in den Rinnen verteilt wird. Dämpfungsplatten
können an den primären Fließkanälen befestigt sein und nach unten in die
jeweiligen Rinnen hängen, um den Flüssigkeitstrom darin zu beruhigen.
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In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erstreckt sich jede
Verteilerrinne seitlich nur auf einer Seite des Trennkastens, wobei die Rinnen
paarweise angeordnet sind, sich auf entgegengesetzten Seiten des Trennkastens
erstrecken und einen Flüssigkeitsfluß in einer Rinne von einer Seite des
Trennkastens auf die andere Seite verhindern.
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Eine andere bevorzugte Option besteht darin, die primären Fließkanäle mit
mehreren Öffnungen auszugestalten, um die gleichmäßige Verteilung des
Flüssigkeitsstroms in die jeweilige Verteilerrinne zu erleichtern. Mit dieser
Anordnung kann der primäre Fließkanal mit einer Länge ausgestaltet sein, die
im wesentlichen der Länge der jeweiligen Verteilerrinne entspricht.
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Alternativ zu der obigen Möglichkeit wird der primäre Fließkanal in einer
Länge hergestellt, die im wesentlichen der halben Länge der jeweiligen
Verteilerrinne entspricht, um einen Fluß aus jenem entlang der mittleren Spanne der
Rinne abzulassen. So kann für ein Ablassen eines Stromes mit einer bestimmten
Geschwindigkeit in Bereiche, wie der mittleren Spanne der Rinne, gesorgt werden.
Der Kanal kann in einer axialen Ausrichtung oder in einer ringförmigen Beziehung
zu der Rinne angeordnet ist, um das sich darin befindende Fluid mit einer ihm
dadurch verliehenen Geschwindigkeit abzulassen.
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Ein Flüssigkeitsverteiler der Erfindung beinhaltet primäre Verteilerkanäle, die in
dem Trennkasten und/oder bestimmten Verteilerrinnen angeordnet sind. In diesen
kann eine primäre Flüssigkeitsverteilung in dem Trennkasten und/oder den Rinnen
über Böden- oder "Huckepack"-("piggy-back")-Kanäle bereitgestellt werden, welche
den primären Flüssigkeitsstrom führen. um dadurch sowohl den möglichen
Flüssigkeitsgradienten als auch das variable Flüssigkeitsgefälle zu reduzieren, die gewöhnlich
derartige Systeme beeinträchtigen würden. Auf diese Weise können die Vorteile
einer gleichmäßigen Stromverteilung in einer Anordnung bereitgestellt werden,
die ein niedriges Strukturprofil, minimale Materialkosten und reduzierte
Arbeitskosten, wie Schweißen, in dem Turm erleichtert.
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Die Erfindung wird nun beispielhalber in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, wobei
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Füllkörperkolonne ist. wobei
verschiedene Bereiche ausgeschnitten sind, um eine Vielzahl von Bauteilen des
Turmes und eine Ausführungsform einer Flüssigkeitsstromverteilerrinne zu zeigen,
welche erfindungsgemäß konstruiert und in der Kolonne angeordnet ist.
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Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Verfahrenskolonne aus Fig. 1 von oben ist,
welche entlang der Linie 2-2 entnommen ist und eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäß konstruierten Verteilerrinnenanordnung und
Trennkastenanordnung zeigt,
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Fig. 3 eine vergrößerte Vorderansicht einer Verteilerrinnenanordnung für den
Flüssigkeitsstrom aus Fig. 2 im Schnitt ist, die dieser entlang der Linie 3-3
entnommen ist,
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Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht einer Verteilerrinnenanordnung für den
Flüssigkeitsstrom aus Fig. 2 im Schnitt ist, die dieser entlang der Linie 4-4
entnommen ist.
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Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der
Rinne aus Fig. 4 ist.
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Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht einer Verteilerrinne für den Flüssigkeits
strom aus Fig. 5 im Schnitt ist, die dieser entlang der Linie 6-6 entnommen ist,
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Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht einer wiederum anderen alternativen
Ausführungsform einer erfindungsgemäß konstruierten Flüssigkeitsverteilerrinne
ist und
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Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht einer wiederum anderen alternativen
Ausführungsform einer erfindungsgemäß konstruierten Flüssigkeitsverteilerrinne
oder eines Trennkastens ist.
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In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer gepackten Austauschsäule oder
Kolonne gezeigt, wobei mehrere Bereiche ausgeschnitten sind, um
unterschiedliche Bauteile und die Verwendung einer Ausführungsform des
Flüssigkeitsverteilers der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Die Austauschsäule 10
aus Fig. 1 enthält einen zylindrischen Turm 12, in dem mehrere Böden mit
Füllkörperbetten 14 angebracht sind. Mehrere Blindverschlüsse 16 sind
ebenfalls angebracht, um den Zugang zu den inneren Bereichen der Säule 12 zu
erleichtern, um die Füllkörperbetten 14 auszutauschen. Ebenfalls sind eine
seitliche Stromablaßleitung 20, eine seitliche Zuführleitung 18 für Flüssigkeit,
eine seitliche Zuführleitung für den Dampfstrom oder eine
Wiedererwärmungsrückführleitung 32 vorgesehen. Eine Rückflußleitung 34 ist am oberen Ende der
Säule vorgesehen.
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Im Betrieb wird die Flüssigkeit 13 durch eine Rückflußleitung 34 und die
seitliche Stromzuführleitung 18 in den Turm 10 eingespeist. Die Flüssigkeit 13
fließt abwärts durch den Turm und verläßt den Turm schließlich entweder
durch die seitliche Stromausgangsleitung 20 oder durch die Stromablaßleitung
am Boden 30. Beim Hinunterfließen verarmt die Flüssigkeit 13 an Material, das
aus ihr verdampft, wenn sie durch die Füllkörperbetten strömt, und es wird
Material angereichert oder zugefügt, das aus dem Dampfstrom auskondensiert.
In Fig. 1 enthält die Austauschkolonne 10 desweiteren einen Dampfauslaß
wobei die obere Leitung 26 oben auf der Säule 12 angebracht ist und eine
tiefere Ummantelung 28 in dem unteren Bereich der Säule um die
Stromablaßleitung am Boden 30 herum angebracht ist, die mit einem Nachverdampfer
(nicht dargestellt) verbunden ist. Die Nachverdampferrückführleitung 32 ist
gezeigt; die über der Ummantelung 28 angebracht ist, um den Dampf darin nach
oben durch die Füllkörperschichten 14 ausströmen zu lassen. In dem oberen
Säulenbereich 23 ist ein Rückfluß aus Kühlern durch die Eintrittsleitung 34
vorgesehen, wobei der Rückfluß durch einen Flüssigkeitsverteiler 36 über das
obere Füllkörperbett 38 verteilt wird. Es ist zu sehen, daß das obere
Füllkörperbett 38 aus einer Reihe strukturierter Füllkörper besteht. Die Bereiche der
Austauschkolonne 10 unter dem oberen Füllkörperbett 38 sind aus Gründen der
Anschaulichkeit dargestellt und beinhalten einen Flüssigkeitssammler 40, der
unter einem Haltegitter 41 zur Unterstützung des oberen strukturierten
Füllkörperbettes 38 angebracht ist. Ein Flüssigkeitsverteiler 42 zur erneuten
Verteilung von Flüssigkeit 13 ist ebenfalls darunter angebracht, und eine
Zwischenstützplatte 44 ist in einem alternativen Aufbau des Typs vorgesehen,
der geeignet ist, regellose Füllkörperschüttungen 14A einer Ring- oder einer
Sattel-Form abzustützen wie beispielhalber gezeigt ist. Ein weiterer
Flüssigkeitsverteiler 48 ist unter der Platte 44 angebracht und enthält mehrere Rinnen
49. Der Verteiler 48 ist in einer alternativen Ausführungsform aufgebaut, die
eine Rohranordnung verwendet, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr.266 886
dargestellt und im Detail beschrieben worden ist, welche dem Berechtigten an
der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist. Es ist in dieser Figur zu
sehen, daß die Gegenstrombeziehung zwischen dem aufsteigendem Dampf 15 und
der hinunterfließenden Flüssigkeit 13 Gegenstand mehrerer entscheidenden
Gestaltungsüberlegungen ist, die Flüssigkeit/Dampf-Verhältnisse, Flüssigkeits
kühlung, Schaumbildung und die Anwesenheit von Feststoffen und Schlämmen
darin beinhalten. Korrosion erfordert ebenfalls eine Berücksichtigung
verschiedener Bauteile in den Füllkörperkolonnen, und die Auswahl des Materials
bei der Herstellung der Turmbauteile ist in vielen Fällen das Ergebnis derartiger
Überlegungen. Der Aufbau der gepackten Kolonne. wie sie in Fig. 1 dargestellt
ist. ist ebenfalls genauer in einem Artikel von Gilbert Chen mit dem Titel
"Packed Column Internals" beschrieben. der in einer Auflage der Chemical
Engeneering vom 5. März 1984 erschienen ist.
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In Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt einer Trennkastenverteileranordnung
und Verteilerrinnenanordnung von vorn gezeigt (zusammen als Verteiler 42
bezeichnet), welche erfindungsgemäß aufgebaut sind. Der Verteiler 42 besteht
aus mehreren Verteilerrinnen 50, die in einer allgemein parallelen
Beziehung voneinander beabstandet sind. Jede Verteilerrinne so ist in
Fließbeziehung mit und senkrecht zu einem Trennkasten 52 angeordnet. Der
Trennkasten 52 ist in dem zentralen Bereich des Turmes 12 entlang dessen
Durchmesser befestigt, und jede Verteilerrinne 50 weist ein Ende auf, das
darunter angeordnet ist, um den Fluidstrom aufzufangen. Jede Verteilerrinne 50,
die sich von unterhalb des Verteilerkastens 52 erstreckt, endet neben der
zylindrischen runden Wand 54 des Turmes 12. Die meisten Rinnen 50 weisen im
Winkel angeordnete Endbereiche 55 auf, so daß sie der Wandkrümmung 54
angepaßt sind. Die Winkelanordnung jedes Bereichs 55 in bezug auf jede Rinne
so ist unterschiedlich. abhängig von seiner Position in der Kolonne, wie es in
Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 ist ebenfalls die Anordnung einer oberen
"Huckepack"-("piggy-back")-Rinne 56 gezeigt, die als primärer Fließkanal dient,
der sich von dem Trennkasten 52 weg erstreckt. Jeder Fließkanal 56 ist mit
mehreren Öffnungen 58 konstruiert und in der jeweiligen Rinne 50 angeordnet.
um für einen gleichmäßigen Fluidstrom in ihr zu sorgen, wie unten detaillierter
beschrieben wird. Auf diese Weise kann eine verbesserte
Flüssigkeitsstromverteilung in der Verfahrenskolonne erzielt werden.
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In Fig. 2 ist jede Rinne 50 in der Kolonne 12 durch eine Reihe von
Bauelementen befestigt. Ein erster Konstruktionsholm 62 ist dargestellt, der an
jeder Rinne 50 sicher befestigt ist. Gleichermaßen ist jede Rinne 50 an dem
Trennkasten 52 befestigt, wie es unten detaillierter dargestellt ist. Es ist zu
sehen, daß sich der Bereich 64 jeder Rinne 50, der sich jenseits des oberen
Fließkanals 56 erstreckt, durch ein Drahtnetz 66 abgedeckt ist. Die Länge des
Drahtnetzes 66 variert für jede Rinne 50 in Abhängigkeit von deren Position in
dem Turm 12.
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In Fig. 3 ist nun eine vergrößerte Ansicht mehrerer Rinnen 50 aus Fig. 2 im
Schnitt gezeigt, die dieser entlang der Linie 3-3 entnommen worden ist. Jede
Rinne 50 dieser bestimmten Ausführungsform beinhaltet senkrechte Seitenwände
68 die in im Winkel stehenden Seitenwänden 69 und 70 enden. Ein Boden 72 ist
zwischen ihnen ausgebildet, über dem Öffnungen 74 in den Seitenwänden 69 und
70 ausgebildet sind. Öffnungen als Notüberlauf 76 sind in einer V-förmigen
Anordnung in den senkrechten Seitenwänden 68 der Rinne 50 ausgebildet. In
dem obersten Bereich 78 der Rinne 50 sind die obere Rinne oder die primären
Fließkanäle 56 befestigt. In dieser besonderen Anordnung sind die oberen
Fließkanäle 56 in der Rinne 50 angeordnet und direkt an der Rinne 50 befestigt.
Eine Befestigungsplatte 80 ist dahinter befestigt, weiche Vorrichtungen zur
direkten Befestigung an dem Trennkasten 52 bereitstellt.
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In Fig. 3 beinhaltet die obere Rinne 56 im allgemeinen parallele Seitenwände
82, die in winkelförmigen Seitenwänden 83 und 84 enden, die wiederum im
Boden 86 enden. Mehrere Öffnungen sind in dem Bodenbereich 86 ausgebildet,
wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird. Durch die Öffnungen 86
wird das Fluid, das von dem Trennkasten 52 in den primären Fließkanal oder die
Kanäle 56 fließt, nach unten und gleichförmig in die Rinne 50 verteilt. Dadurch
wird ein im allgemeinen gleichförmiger Fluß mit einem Flüssigkeitspegel mit
einem im allgemeinen gleichförmigen Gefälle für eine gleichmäßige Verteilung
und einen Fluidstrom aus den Öffnungen 74 ermöglicht. Offensichtlich sind
sowohl auch andere Befestigungsanordnungen als auch Ausgestaltungen des
oberen Kanals 56 möglich. Diese beinhalten Dämpfungsplatten, die in Fig. 6
gezeigt sind, und einige andere, die unten detaillierter gezeigt werden.
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In Fig. 4 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Rinne 50 und des Trennkastens
52 aus Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Es ist dargestellt, daß der primäre Fließkanal
oder die obere Rinne 56 in einer Position in der Rinne 50 befestigt ist, die an
den äußeren Bereich 88 des Trennkastens 52 angrenzt. In dem äußeren Bereich
88 sind mehrere Öffnungen 90 ausgebildet, die einen Fluß direkt aus dem
Trennkasten 52 in den primären Fließkanal 56 ermöglichen. Pfeile 92 stellen
diese Anrdnung dar. Es ist demzufolge zu sehen, daß der Trennkasten 52 mit
einem Bodenbereich 94 konstruiert worden ist, der zwischen den
Seitenwandbereichen 96 und 98 ausgebildet ist. In dem Bodenbereich 94 sind die Öffnungen
90 in den äußeren Trennkastenbereichen 88 und 89 ausgebildet. Auf der linken
Seite des Trennkastens sind die Öffnungen 91 in dem Bereich 89 derart
ausgebildet, daß sie eine Fluidstromverbindung mit dem darunter angeordneten
primären Fließkanal 56 bilden. Innerhalb der außen angeordneten Öffnungen 90
und 91 befinden sich innen angeordnete Öffnungen 99, die eine direkte
Stromverbindung des Trennkastens 52 in die Rinnen 50 bereitstellen. Auf diese Weise
werden viele dem Stand der Technik entsprechende Rinnen direkt mit Flüssigkeit
für eine Flußverteilung im Gegenstromverfahren gespeist. In der vorliegenden
Ausführungsform ist der primäre Fließkanal 56 unter der Bodenfläche 94 des
Trennkastens 52 und seinen äußeren Bereichen 88 und 89 angeordnet, so daß er
dadurch in Fließverbindung mit den Löchern 90 und 91 steht, während er einen
primären Fluidsrom auffängt. Auf diese Weise kann der Fluß direkt übertragen
werden, um Bereiche, einschließlich Zwischenbereiche der jeweiligen Rinnen 50,
auszuwählen.
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In Fig. 4 ist ein ausgewähltes Fließmuster eines Fluids aus dem Trennkasten
52 in die Rinnen 50 gezeigt, welches durch Pfeile 100 veranschaulicht ist. Dieser
Fluß erlaubt eine direkte Fluidzuführung in den Trennkasten 50 für die Bereiche
der Rinne 50, die sich direkt daneben befinden. Die sekundäre Zuführung aus
dem primären Fließkanal 56 ist durch Öffnungen 102 bereitgestellt. die in
ausgewählten Bereichen und insbesondere in dem distalen Ende des primären
Fließkanals 56 ausgebildet sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Jedes Ende des
primären Fließkanals 56 dieser bestimmten Ausführungsform ist mit
Endabdeckkappen 104 und 106 konstruiert. Die Endabdeckkappe 104 ist unmittelbar unter
dem Trennkasten 52 angeordnet, wobei die Endabdeckkappe 106 am
entgegengesetzten Ende angeordnet ist. Auf diese Weise tritt der gesamte Fluidfluß aus
der primären Fließrinne 50 durch die Öffnungen 102. Größe, Menge und
Anordnung der Löcher 102 sind nicht auf die hier gezeigten beschränkt. Jegliche
Anordnung der Öffnungen ist möglich. einschließlich der Abwesenheit einiger
Löcher und der Entfernung der Endplatte 106. Außerdem kann mehr als ein
primärer Fließkanal 56 in einer einzelnen Rinne 50 verwendet werden, um eine
primäre Flußverteilung an mehreren Orten in ihr bereitzustellen.
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In Fig. 4 ist ferner zu sehen, daß die Befestigung der Verteilerrinnen 50
durch Verbindungen an entgegengesetzten Enden der Rinne vereinfacht ist.
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Neben dem Trennkasten 52 ist der Befestigungsflansch 80 mit einer
Schraubenanordnung 108 befestigt. An dem entgegengesetzten Ende der Rinne 50 wird
eine zweite Schraubenanordnung 11 verwendet, um die Rinne 50 an einem
Haltering 112 für einen Boden zu befestigen, welcher selbst an dem
Turmgehäuse 54 befestigt ist. Auf diese Weise kann der Fluidpegel in den jeweiligen
Rinnen 50 in Ubereinstimmung mit den Gesetzen des Flusses, der sich darin
einstellt, selektiv beibehalten werden, indem sowohl der primäre Fließkanal 56
als auch die direkte Speisung der Rinne 50 aus dem Trennkasten 52 genutzt
werden. Wie oben dargelegt worden ist, sind bei der vorliegenden Erfindung
unzählige Flußverteilungsanordnungen möglich, einschließlich derjenigen, daß
kein direkter Fluß von dem Trennkasten 52 durch Öffnungen 99 in die Rinne 50
vorliegt.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die gleichmäßige Verteilung
von Flüssigkeit in und aus der Rinne 50 in die in ihr ausgebildeten Öffnungen zu
erleichtern. Indem der gleichförmige Flüssigkeitspegel durch die Verwendung
eines primären Fließkanals oder oberen Rinne 56 beibehalten wird, welche das
Fluid an relativ zu dem Trennkasten 52 entfernte Orte in der Rinne 50 führt,
fungiert der primäre Fließkanal 56 demzufolge als eine Erweiterung des
Trennkastens.
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In Fig. 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Verteilers für den
primären Fließkanal oder oberen Rinne 56 aus Fig. 4 gezeigt. Der Trennkasten 52
aus Fig. 5 ist über den Rinnen 150 angeordnet, die einen in ihnen angeordneten,
primären Fließkanal 156 aufweisen. Der primäre Fließkanal 156 ist derart
konstruiert, daß eine Bodenfläche 158 Öffnungen 160 aufweist, die in ihrem Ende
ausgebildet sind. Die erste Endplatte 162 ist neben den Öffnungen 160 befestigt,
wobei eine zweite Endplatte 164 neben dem Trennkasten 52 befestigt ist. Die
Öffnungen 90 sorgen demzufolge für einen direkten Fluidstrom in den primären
Flleßkanal 156, wie er durch die Pfeile 166 dargestellt ist. Pfeile 161 stellen
Durchflußlöcher 99 für das Fluid direkt in die Rinne 150 dar. Ein Prallblech 168
ist neben dem Pfeil 161 dargestellt, um zu verhindern, daß Fluid in den
primären Fließkanal 156 gesprüht wird. Die Befestigung dieser speziellen
Anordnung ist, wie es hier gezeigt ist, modifiziert, indem eine Klammeranordnung
170 gezeigt ist, die die Einstellung der vertikalen Position der Rinne relativ zu
dem Trennkasten 52 möglich macht. Mehrere Stützteile 172 sind für die
Befestigung an der Rinne 150 in einem direkten Zusammenbau mit der Rinne 156
beinhaltet. Auf diese Weise wird für die erforderliche Stabilität des dort
hindurchfließenden Fluidstromes gesorgt. Es ist zu sehen, daß diese bestimmte
Fluidflußanordnung den direkten Fluidstrom durch die Öffnungen 90 mit einer
größeren Geschwindigkeit bewirkt, als diejenige, die in der Anordnung in Fig. 4
gezeigt ist. Wie oben dargelegt, wird eine Vielzahl von Anordnungen erwogen,
die zu der Bodenfläche 158 des primären Fließkanals 156 im Winkel stehen.
Veränderungen des Winkels werden einen ähnlichen Einfluß auf die Menge des
Fluidstromes, die dadurch verteilt wird, haben, und eine derartige Veränderung
des Winkels kann im Vergleich zu der Größe der Öffnung 90 und der Größe des
Trennkastens 52 bemessen sein.
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In Fig. 6 ist eine vergrößerte Vorderansicht der Verteilerrinne 150 aus Fig. 5
und des in ihr eingebauten primären Fließkanals 156 im Schnitt gezeigt. Der
primäre Fließkanal beinhaltet im Winkel stehende Seitenwände 171 und 173, die
im Boden 158 enden. Die Neigung der Bodenfläche 158, die durch den Pfeil 174
dargestellt ist, bewirkt die erfindungsgemäß erhöhte Fluidgeschwindigkeit und
-verteilung aus dem Trennkasten 52. Seitenwände 172 enthalten senkrechte
Bereiche, die durch Befestigungsteile 156 mit der Rinne 150 verbunden sind. In
dieser Ansicht sind ebenfalls Dämfungsplatten 175 gezeigt, die von dem Kanal
176 nach unten hängen, um Fluid, das in der Rinne 150 verteilt ist, zu beruhigen.
Diese Platten verringern ein Verspritzen der Flüssigkeit und fördern einen
gleichförmigen Fluidstrom. Die Platten 175 können ebenfalls in andere hier
gezeigte Kanalkonstruktionen eingebaut werden.
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In Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform des Aufbaus eines primären
Fließkanals und einer Verteilerrinnenanordnung gezeigt. Die Rinnenanordnung 200
besteht dementsprechend aus einem primären Fließkanal 202, der direkt in sie
eingebaut ist. Der primäre Fließkanal 202 ist mit Seitenwänden 204 und 205
konstruiert, die in einer im allgemeinen parallel beabstandeten Beziehung zu den
Seitenwänden 206 und 207 der Verteilerrinne 200 stehen. Gleichermaßen sind die
im Winkel stehenden Seitenwandbereiche 210 und 211 der Verteilerrinne 200 in
einer allgemein parallelen Beziehung zu den Seitenwandbereichen 214 und 215
des primären Fließkanals 202 angeordnet. Eine Bodenwand 217 in der
Verteilerrinne 200 ist in einer allgemein parallel beabstandeten Beziehung zu einer
Bodenfläche 218 des primären Fliebkanals 202 angeordnet. Öffnungen 220 in den
im Winkel stehenden Seitenwänden 214 und 215 des primären Fließkanals 202
sind selektiv beabstandet, um auf diese Weise den Strom aus diesem in die
Verteilerrinne 200 zu verteilen. Das Lochmuster der Verteilerrinne 200 kann
jeglicher bestimmten Anwendung entsprechen. Es muß nicht nur eine mit
Praliblechen versehene Verteileranordnung beinhalten, wie sie in dem US-Patent
Nr.4 729 857 mit dem Datum des 8. März 1988 dargelegt und gezeigt ist und
die auf den Berechtigten der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist.
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Fig. 8 stellt noch eine andere Ausführungsform einer Flußverteileranordnung
300 dar, die erfindungsgemäß aufgebaut ist. Die Anordnung 300 beinaltet eine
niedrigere Rinne 302, die sich neben einer oberen Rinne 304 befindet und von
dieser nach unten hängt. Die obere Rinne 304 ist mit mehreren Öffnungen 306
in ihrer Bodenwand 308 konstruiert, um einen bestimmten Fluidstrom durch
diese zu ermöglichen. Diese bestimmte Anordnung stellt noch eine andere
Ausführungsform eines oberen und unteren Fließkanals in einem Flüssigkeits
verteilungsnetzwerk dar. Die Kanäle in ihr, die durch den Bereich 302 und den
Bereich 304 dargestellt sind, können in einer Vielzahl von im Winkel zueinander
stehenden Beziehungen und ineinandergreifenden Beziehungen zusammengebaut
sein. Ein Strom aus dem oberen Kanal in den unteren Kanal kann entweder
durch Öffnungen. Schlitze, Löcher, Endabdeckkappen oder deren Abwesenheit
und/oder Kombinationen aus diesen bereitgestellt werden. Gleichermaßen kann
die Querschnittsanordnung der jeweiligen Rinnen und/oder Kanäle in
Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung und den Fluidflußerfordernissen variieren.
Diese Anwendungen können die Verwendung des Aspekts des primären
Fließkanals nicht nur in Verteilerrinnen, sondern ebenfalls in den Trennkästen
des Typs, der oben angeführt und beschrieben worden ist, beinhalten. Bei der
Verwendung eines Trennkastens kann der Aspekt eines Fluidstromes beinhaltet
sein, um Gleichförmigkeit und ein Fluidgleichgewicht zwischen den Bereichen
und dem Trennkasten in einem Turm mit einem relativ großen Durchmesser
beizubehalten. Es ist demzufolge zu erkennen, daß die Grundlagen der
vorliegenden Erfindung auf jegliches Flüssigkeitsverteilungssystem in einem
Verfahrenturm anzuwenden ist, in denen das potentielle Problem nicht
gleichförmiger Flüssigkeitspegel auftritt, welches auf der Länge der Wegstrecke
des für die Verteilung bestimmten Fluidstromes beruht.
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Es wird daher angenommen, daß der Betrieb und der Aufbau der vorliegenden
Erfindung aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich sein wird.