DE1937521A1

DE1937521A1 - Dampf-Fluessigkeits-Kontaktiervorrichtung

Info

Publication number: DE1937521A1
Application number: DE19691937521
Authority: DE
Inventors: Kouichi Karakawa; Shogo Tanigawa
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1968-10-08
Filing date: 1969-07-23
Publication date: 1970-04-23
Also published as: DE1937521C3; JPS4631321B1; GB1261054A; US3633882A; DE1937521B2; FR2020093A1

Description

Dampf-Flüssigkeits-Kontaktiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Dampf-Flüssigkeits-Kontaktiervorrichtung für den Wärme- und Stoffaustausch beispielsweise als Destillier- oder Absorptionsvorrichtung in der chemischen Industrie.

In den letzten Jahren wurden die Dampf-Flüssigkeits-Kontaktiervorrichtungen immer mehr vergrößert. Man schlug vor", "verschiedene Arten von Vorrichtungen herzustellen, beispielsweise eine Fraktionierbodenglockenkolonne oder eine Siebpia ttenkolonne .

Bei diesen Vorrichtungen versuchte man, Verbesserungen zu erzielen hinsichtlich

a) einer Erhöhung des Fassungsvermögens für die Behandlung

b) einer Erhöhung des Kontaktierwirkungsgrades

c) einer Verringerung des Druckverlustes

d) einer Vergrößerung des stabilen Arbeitsbereichs"

e) einer Absenkung der Herstellungskosten

Der Dampf-Flüssigkeits-Kontaktiermechanismus dieser Vorrichtungen besteht jedoch daraus, daß Dampf in die Flüssigkeit injiziert wird, welche auf einer Schale oder Platte ruht. Mit einem derartigen Mechanismus wurden hinsichtlich der oben angeführten fünf Verbesserungen nur negative Ergebnisse erzielt.

^ So bringt im einzelnen die Fraktionierbodenglockenkolonne keine Verbesserungen gemäß a), c) und e), während die Siebplatt.enkolonne keine Verbesserung hinsichtlich d) und insbesondere hinsichtlich a) und b) bringt, wenn eine Vorrichtung mit niedrigem Druckverlust verwendet werden soll. Weiterhin hat man bis jetzt verschiedene Arten von Ventilschüsseln bzw. -tellern (valve.tray) verwendet, mit denen jedoch Verbesserungen hinsichtlich der Punkte d), c) und e) schwierig zu erreichen sind. Zusätzlich kann bei diesen Vorrichtungen das Fassungsvermögen für die Behandlung nicht um mehr als maximal 3° bis 5o % erhöht werden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, P eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die oben angeführten fünf Bedingungen erfüllt werden können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die von einer Platte herabfallende Flüssigkeit durch das aufsteigende Gas oder den aufsteigenden Dampf hochgeblasen wird, wobei eine Dampf-Flüssigkeits-Mischphasenströmung gebildet wird. Diese Strömung wird dann durch eine obere Abdeckung zur Umkehr gezwungen und durch Löcher geführt, die in einer vertikal angeordneten, perforierten Platte vorgesehen sind, so daß der Strom in Dampf und Flüssigkeit getrennt wird.

Der Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit erfolgt während der Dampf-Flüssigkeits-Mischphasenströmung und während der Durchführung durch die kleinen Löcher in der perforierten Platte.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht

Fig. 1 ist die Ansicht eines senkrechten Schnitts einer erfindungsgemäßen Dampf-Flüssigkeits-Kontaktiervorrichtung.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des mit dem Kreis 3 umgebenen Teils in Fig. 1.

Fig. k ist ein vergrößerter Schnitt des mit dem Kreis k umgebenen Teils von Fig. 1.

Fig. 5 ist die Ansicht eines senkrechten Schnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 5· Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7~7 von Fig. 5.

Fig. 8 bis Io sind vertikale Schnitte,die weitere erfindungsgemäße Ausfuhrungsformen zeigen.

Die in den Figuren 1 bis k gezeigten Platten 12 haben in ihrer Mitte Löcher 11 und sind in der Kolonne Io in einem geeigneten Abstand angeordnet. Jede Platte ist mit einem

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kappenförmigen Dampf-Flüssigkeits-Kontaktieraufbau 13 versehen, der einen an der Platte 12 befestigten zylindrischen Überlauf 14 mit einer Vielzahl von in einer Linie angeordneten Löchern 17j eine zylindrische, an dem Überlauf 14 befestigte Überlaufplatte 15, beispielsweise eine Lochplatte, und einen Deckel 16 umfaßt. Die Platte 12 ist auch mit einem Fallrohr 18 an der Außenseite des Aufbaus 13 versehen, wobei das Fallrohr l8 nach oben auf der Platte 12 bis zu einer geeigneten Höhe emporragt und sein unteres Ende sich in der Nähe der unteren Platte befindet. Jedes Fallrohr ist an jeder Platte in abwechselnder Lage angeordnet.

Die Flüssigkeit auf der Platte 12 strömt über das Oberteil des Fallrohrs 18 und fließt längs dessen Innenwand nach unten. Die Flüssigkeit wird auf der Platte in einer Höhe gehalten, die von der Höhe des Fallrohres 18 und des Überlaufs 14 bestimmt wird. Die Flüssigkeit strömt zwangsweise durch die Löcher 17 des Überlaufs 14 und fällt weiter durch das Loch 11 der Platte 12. Da durch das Loch 11 Dampf emporsteigt, wird die Flüssigkeit, die gerade aus dem Loch 11 herausfällt, durch den Dampf nach oben geblasen, so daß eine Dampf-Flüssigkeits-Mischphasenströmung entsteht. Die Dampf-Flüssigkeits-Mischströmung wird durch den Deckel 16 umgekehrt und geht durch die Löcher der perforierten Platte 15· Der durch die Löcher der perforierten Platte hindurchgegangene Dampf steigt nach oben und die sich im Zustand eines Nebels befindliche Flüssigkeit wird gesammelt, wenn sie durch die Locher hindurchtritt und wächst zu einem Tropfen oder einem Strom zusammen. Auf diese Weise strömt die Flüssigkeit längs der Außenseite der"perforierten Platte 15 nach unten. Der Dampf steigt zu dem Loch 11 der oberen Platte empor und

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die Flüssigkeit verbleibt auf der unteren Platte. Auf diese Weise zirkuliert die Flüssigkeit, bis die Flüssigkeit das Oberteil des Fallrohrs überströmt oder aus dem Loch 11 herausfällt. Auf diese Weise kommt die Flüssigkeit in ausreichenden Kontakt mit dem Dampf.

Die in den Figuren 5 bis 7 gezeigte Vorrichtung ist mit einer Vielzahl der oben erwähnten Dampf-Flüssigkeits-Kontakt ieraufbauton auf der gleichen Platte versehen. Auf der einen Seite der Platte ist ein Fallrohr 21 von der oberen Platte vorgesehen und ein Fallrohr 22 ist davon auf der anderen Seite angeordnet. Die Dampf-Flüssigkeits-Kontakt ierauf bauten 23 liegen zwischen den Fallrohren. Es ist erwünscht, daß eine Führungseinrichtung für den Flüssigkeitsstrom auf der Platte bei dieser Vorrichtung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind Führungsplatten 24 auf der Platte angeordnet, so daß zur Verlängerung des Weges ein Zick-zack-Durchgang gebildet wird.

Für die Auslegung dieser Vorrichtung ist es wichtig, die Menge des Flüssi-gkeitsstroms durch die Löcher I7 mit dem Dampfmengenstrom, der durch das Loch 11 emporsteigt, abzugleichen. Das bedeutet, wenn das Gleichgewicht nicht eingehalten wird, daß die Flüssigkeit nicht zirkuliert, sondern auf der Platte stehenbleibt oder aus dem Loch 11 fällt. (sogenanntes Abtropfen).

Versuche mit dieser Vorrichtung haben bestätigt, daß, selbst wenn die zu behandelnde Flüssigkeitsmenge dreimal so groß ist wie die bei Normalbedingung, eine stabile Verfahrensdurchführung vorgenommen werden kann, ohne daß Flüssigkeit durch das Loch 11 abtropft. Andererseits gibt es auch eine

obere Grenze für die zu behandelnde Menge, da eine Zunahme der Menge eine Erhöhung des Dampfmengenstroms bedingt, um die Flüssigkeit durch den Dampf mitzureißen, was zu einer Abnahme des Dampf-Flüssigkeits-Kontaktierwirkungsgrades führt.

Bei den bekannten Vorrichtungen kann, da der Dampf durch die auf der Platte ruhende Flüssigkeit nach oben geblasen

' wird, die Flüssigkeit auf dem Dampf mitgerissen werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung geht der von dem Deckel nach unten oder horizontal umgelenkte Dampf durch die Löcher der perforierten Platte 15, so daß die Mitnahme auf ein Minimum reduziert werden kann. Dies bedeutet, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine große Menge behandelt werden kann. Weiterhin ist bei den herkömmlichen Vorrichtungen das Verhältnis der Lochfläche der Siebplatte zur Querschnittsfläche der Kolonne begrenzt, damit ein Abtropfen der Flüssigkeit davon verhindert wird. Das Verhältnis beträgt im allgemeinen 5 bis 15 %» Im Gegensatz dazu kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Verhältnis der Lochfläche auf

f 15 bis 4o % erhöht werden, ohne daß ein Abtropfen von Flüssigkeit berücksichtigt werden muß, da die perforierte Platte als Siebplatte vertikal angeordnet ist. Deshalb steigt auch, wenn die Behandlungsmenge erhöht wird, der Druckverlust nicht.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung ist das Loch 11 gemäß Fig. 1 von einer teilweise durchlöcherten Platte 25 bedeckt. Bei dieser Vorrichtung kommt der Dampf mit der Flüssigkeit in Berührung, während er durch die Löcher der Platte 25 hindurchtritt und in der Dampf-Flüssigkeits-Mischphase in den Raum in der zylindrischen, perforierten Platte 15 strömt.

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Dadurch wird der Kontaktierwirkungsgrad erhöht. Da das Abtropfen von Flüssigkeit natürlich verringert wird, kann der Bereich des stabilen Betriebs zusätzlich erhöht werden.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 9 ist ein Drahtgitter 26 mit einem Lochflächenverhältnis von 15 bis 5° % vorgesehen, um das Abtropfen von Flüssigkeit zu verringern. Bei der in Fig. Io gezeigten Vorrichtung sind geneigte Platten 28 radial über das Kreisloch 27 der Platte 12 in regelmäßigen Intervallen angeordnet, um den aufsteigenden Dampf in Drehung zu versetzen. Dadurch wird die Dampf-Flüssigkeits-Mischphasenströmung direkt gegen die perforierte Platte 15 geblasen, wodurch der Druckabfall verringert werden kann.

Der Abstand zwischen den Platten 12 wird durch den Dampfmengenstrom bestimmt, der durch die Löcher der perforierten Platte 15 geht. Wenn das Loch der perforierten Platte 15 einen Durchmesser von 2,ο mm hat und der Abstand davon 3i© mm beträgt, dann nimmt das Lochflächenverhältnis 4o % von der Größe des Flächenverhältnisses des Loches 11 ein. Deshalb kann der Abstand zwischen den Platten auf weniger als 5°o mm sogar in einer großen Kolonne für eine große Menge ausgelegt werden. Dadurch wird die Kolonnenhöhe herabgesetzt, was bedeutet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung billig hergestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat so ein großes Lochflächenverhältnis,' einen hohen Dampfdurchsatz und ist hinsichtlich einer weitreichenden Änderung der Dampfmenge flexibel. Ihre Betriebsstabilität hat keine Beziehung zu der Flüssigkeitsmenge, das Mitreißen von Flüssigkeit wird ver-

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ringert und ihr Durckverlust ist niedrig. Beträgt
beispielsweise der Druckverlust 3i5 mm Hg für eine Platte, so ist der Kolonnendurchmesser bei einer herkömmlichen
Siebplattenkolonne 5|3 nun und der einer Fraktionierbodenglockenkolonne 6,4m. Demgegenüber ist es erfindungsgemäß möglich, die Kolonne mit einem Durchmesser von 4,ο m bei
einem Druckabfall von 3»ο mm Hg für eine Platte zu bauen, wodurch die Produktionskosten stark abgesenkt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.JDampf-Flüssigkeits-Kontaktiervorrichtung, gekennzeichnet durch eine Kolonne mit vertikaler Unterteilung, Überläufe (lA) mit Löchern (17) für den Durchgang von Flüssigkeit, die auf Platten (12) liegt, durch Öffnungen (11) in den Platten (12) für das Herabfallen der durch die Überläufe (14) gegangenen Flüssigkeit, durch zylindrische perforierte Platten (15)j die mit den Überläufen (l4) verbunden sind, durch Abdeckungen (l6), die an den perforierten Platten vorgesehen sind, und durch Fallrohre (l8, 21, 22) für den Überlauf von Flüssigkeit auf der Platte (12) und deren Herabfallen zu unteren Platten (12).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (ll) von perforierten Teilen (25) abgedeckt sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsplatten (24) in den Öffnungen (11) vorgesehen sind, um den aufsteigenden Dampf zu der perforierten Platte (15) zu führen.

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