DE2848386C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Austauschelement für Böden in Stoffaustauschkolonnen.

Diese Austauschböden bestehen im wesentlichen aus Öffnungen (Löchern) für den Gasdurchtritt und den sogenannten Flüssig­ keitschächten für die Zu- bzw. Ableitung der Flüssigkeit auf den Böden.

Als Austauschböden sind vorwiegend sogenannte Ventilböden bekannt. Ein derartiger bekannter Austauschboden (FR- PS 12 37 299) besitzt einen die Öffnung des Bodens abdeckenden Ventilteller, der mit Öffnungen versehen ist. Zur Führung dient ein Käfig, der seitliche Öffnungen be­ sitzt und der nach oben hin vollständig offen ist. Nach dem Durchtritt des Gases durch die Öffnungen im inneren Ventilteller findet keine Umlenkung des Gases statt. Die Schlitze im Käfig sind vollkommen überflüssig, weshalb der Käfig teilweise nur noch durch vier Haltebügel ersetzt ist. Das Gas tritt senkrecht in die Flüssigkeit ein, eine Auf­ teilung des Gasstromes - unter- und oberhalb des Ventil­ tellers - ist nicht möglich; dieses Ventil hat nur einen begrenzten Belastungsbereich mit allen damit verbundenen Nachteilen. Bei einem anderen bekannten Austauschboden (DE-OS 26 49 774) ist eine Bodenplatte mit Öffnungen vor­ gesehen. Diese Öffnungen werden durch einen Deckel voll­ ständig abgedeckt, wobei dieser Deckel ebenfalls mit Öffnungen versehen ist. In dem Raum zwischen dem Deckel und dem Boden befindet sich eine scheibenförmige Abdeckung mit Öffnungen. Die Aufgabe dieser Ausgestaltung besteht darin, den Durchtritt von Flüssigkeit von einem tiefergelegenen Austauschboden auf einen höhergelegenen Austauschboden zu vermindern.

Weiterhin ist ein Austauschelement mit einem die Öffnung des Bodens abdeckenden Ventilteller bekannt (GB-PS 9 37 731), wobei dieser Ventilteller eine Öffnung aufweist. Die fest­ stehende Abdeckplatte ist aus dem Boden an drei Füßen heraus­ gestanzt, wobei die Füße nach oben hin abgewinkelt sind. Durch diese ausgestanzten Teile kann das Gas direkt durchtre­ ten. Bei geringer Gasbelastung kann somit die Flüssigkeit dort abregnen. Weiterhin ist durch das Fehlen des Käfigs mit den Schlitzen und Leitschaufeln eine Umlenkung des Gasstromes ohne eine Aufteilung des Gasstromes nicht mög­ lich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Austausch­ element mit breitem Belastungsbereich zu schaffen, das sich den wechselnden Gasbelastungen anpaßt, ohne daß die Begasung der Flüssigkeit und damit der Bodenwirkungsgrad sich verschlechtern.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgender Merk­ male gelöst:

• a) mit einem die Öffnung des Bodens abdeckenden beweg­ lichen Ventilteller,
• b) der Ventilteller besitzt Öffnungen, die für die untere Gasbelastung die genaue Anfangsöffnung zur Begasung definieren,
• c) in die Öffnung des Bodens ist ein senkrechter Zylinder mit Gitteröffnungen und daran angeordneten seitlichen Leitschaufeln eingesteckt,
• d) der Zylinder ist mit einer feststehenden Abdeckplatte versehen,
• e) der Ventilteller besitzt an seinem Umfang Führungslaschen, die in den Öffnungen des Zylinders geführt sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Es ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Gasdurch­ trittsöffnungen durch entsprechende Vorrichtungen abgedeckt werden, die sich einmal der wechselnden Gasbelastung anpas­ sen, indem sie die freie Gasdurchtrittsfläche mehr oder we­ niger verschließen und zum anderen noch so ausgebildet sind, daß sie das durch die Bodenöffnung hindurchgetretene Gas beim Einleiten in die Flüssigkeit wieder zum Bodenblech hin umlenken.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Austauschelemente zeigt sich bei steigender Gasbelastung. Bedingt durch die Öffnungen im Ventilteller öffnet dieser nicht plötzlich bis zum oberen Anschlagspunkt der Gasdurch­ trittsöffnungen im Boden, bzw. im senkrechten Zylinder. Er verharrt vielmehr in entsprechender Höhenlage und gibt damit nur die der Gasbelastung entsprechende Öffnung frei. Damit kommt es zur gleichmäßigen Begasung der ganzen Bodenfläche und das Ausregnen der Flüssigkeit wird vermieden, was gleich­ bedeutend ist mit einem gleichbleibenden hohen Wirkungsgrad, auch bei Teilbelastung durch das Gas.

Einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Austauschelemente soll am folgenden Auslegungsbeispiel gezeigt werden.

Maßgebend für die Dimensionierung einer Austauschkolonne sind folgende Kriterien:

• 1. Gas- und Flüssigkeitsbelastung mit den entsprechenden Dichten,
• 2. Belastungsbereich, d. h. untere und obere Belastungs­ grenze und
• 3. zulässiger maximaler Druckverlust.

Die Flüssigkeitsbelastung ist vorwiegend für die Bestim­ mung der Flüssigkeitszu- und -ablaufkanäle des Austausch­ bodens maßgebend. Da diese Bodenvorrichtungen durch die vorgeschlagene Erfindung nicht beeinflußt werden und auch für alle Formen von Austauschböden gleich dimensioniert werden, sollen die folgenden Betrachtungen ohne Berück­ sichtigung der Flüssigkeitsbelastung weitergeführt werden.

Um einen geforderten maximalen Gasdurchsatz durch eine Kolonne zu erreichen, sind eine ganz bestimmte Anzahl von Austauschelementen pro Boden notwendig. Jedes Austausch­ element und damit jeder Austauschboden hat einen bestimm­ ten Druckabfall, den das Gas beim Durchströmen des Ele­ mentes (und auch der Flüssigkeitsschicht, die jedoch für alle Arten von Böden gleich angenommen werden soll und deshalb außer Betracht bleibt) erfährt. Dieser Druckver­ lust ist eine Funktion der strömenden Gasmenge und ab­ hängig von der konstruktiven Ausbildung des Austauschele­ mentes; bei vorgegebener konstruktiver Ausführung, also von der spezifischen Gasbelastung eines Austauschelementes; je höher die Gasbelastung, desto höher der Druckverlust.

Wird nun der Druckverlust eines Austauschelementes aus prozeßtechnischen Gründen begrenzt, so bedeutet dies, daß die spezifische Gasbelastung/Austauschelement erniedrigt werden muß, d. h. die Zahl der Austauschelemente/Boden muß erhöht werden.

Aufgrund der geforderten unteren Belastungsgrenze kann je­ doch die Zahl der Austauschelemente/Boden nicht beliebig vergrößert werden, da bei Unterschreitung einer bestimm­ ten minimalen Gasbelastung pro Austauschelement die Flüs­ sigkeit durch die Austauschelemente ausregnet und der Bo­ denwirkungsgrad dann stark abfällt, bzw. der Boden über­ haupt seine Funktion aufgibt.

Alle z. Zt. auf dem Markt befindlichen Austauschböden ha­ ben einen Gasbelastungsbereich von ca. 1 : 3.

Durch die vorgeschlagene erfindungsgemäße Ausführung der Austauschelemente wird ein Belastungsbereich von mindestens 1 : 8 erreicht, da die untere Belastungsgrenze, d. h. der Belastungspunkt, bei welchem der Boden überhaupt noch ent­ sprechend der Aufgabenstellung zufriedenstellend arbeitet, ganz wesentlich nach unten erweitert werden konnte. Dadurch ergeben sich für die Auslegung und Betrieb von Austausch­ kolonnen große Vorteile:

• 1. Die Kolonnen können exakt dem geforderten Belastungsbe­ reich und vorgegebener Gasbelastung bei max. zulässigem Druckverlust angepaßt werden, eine Tatsache, die bei den heutigen wechselnden Auslastungen der Chemieanlagen von großer Bedeutung ist und zu entsprechenden Kosteneinspa­ rungen führt, da z. B. bei vorliegender Teilbelastung der Kolonnen nicht zusätzliche Energie für Zusatzverdamp­ fung aufgebracht werden muß, um überhaupt den Boden funk­ tionsfähig zu erhalten, die aber einen Verlust in bezug auf die Produktausbeute darstellt.
• 2. Für Kolonnen, die aus prozeßtechnischen Gründen unter Vakuum arbeiten, ist der zulässige Druckverlust pro Aus­ tauschboden stark reduziert, d. h. es ist für die vorge­ gebene maximale Gasbelastung eine entsprechende Anzahl von Austauschelementen notwendig, mit entsprechend niedriger spezifischer Elementbelastung. Dadurch wird natürlich die untere Belastungsgrenze des Bodens sehr stark nach oben, d. h. in die Nähe des oberen Bela­ stungsbereiches der Kolonne verschoben.

Da somit die Anpassung der Kolonne an wechselnde Aus­ lastung der Anlagen nicht mehr gegeben ist, müssen diese Kolonnen üblicherweise mit wesentlich teureren Vorrichtungen, die die geforderten Bedingungen besser erfüllen, ausgerüstet werden. Durch die Vorteile der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Ausführung der Aus­ tauschelemente ist es jedoch möglich, die Kolonnen mit den billigeren Austauschböden auszurüsten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Fig. 1 eine Teileschnittansicht einer Austausch­ kolonne mit erfindungsgemäßen Austauschböden,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Austauschbodens,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen Austauschelementes,

Fig. 4 bis 7 Draufsichten von weiteren Ausführungsbeispie­ len des inneren Ventiltellers und

Fig. 8 und 9 Schnittansichten von Ventiltellern mit ver­ dickter Öffnung, gleichermaßen gültig für alle in Fig. 4 bis 7 gezeigten Ausführungs­ beispiele.

In dem, in der Regel zylindrischen Kolonnenmantel 1, sind die Austauschböden 3 mit Ablaufkanal 2 und Austauschele­ menten 4 und 5 befestigt. In Fig. 1 zeigt das Austausch­ element 4 die Funktion bei Teillast des Gases. Der innere Ventilteller 6 liegt auf und verschließt die Bodenöffnung. Das Gas strömt lediglich durch die Öffnung 7 im Ventil­ teller 6 in das Austauschelement 4 und wird in die Flüs­ sigkeit so eingeleitet wie bei Vollast, d. h. wird darin umgelenkt, am Umfang verteilt, in die Flüssigkeit, die beispielsweise in Pfeilrichtung quer über den Boden vom Zulauf- zum Ablaufschacht strömt, eingeleitet.

In der gleichen Fig. 1 zeigt das Austauschelement 5 die Funktion bei Vollast des Gases, d. h. der innere Ventil­ teller ist voll angehoben und liegt am oberen Begrenzungs­ rand des Elementes an. Die ganze Bodenöffnung ist für den Gasdurchtritt freigegeben.

Fig. 3 zeigt die Schnittansicht eines Austauschelementes, bestehend aus senkrechtem Zylinder 11 mit Gitteröffnung 10, der in die Öffnung des Bodens 3 eingesteckt und durch auf­ gebogene Befestigungsnocken 12 im Boden befestigt ist.

Den oberen Abschluß des Austauschelementes bildet die Ab­ deckplatte 8. Sie bewirkt die für die Gasverteilung und damit guten Wirkungsgrad auch bei Teillast notwendige Um­ lenkung des Gases innerhalb des Austauschelementes. Das Gas wird durch die Leitschaufeln 9 an den Gitteröffnungen 10 in die Flüssigkeit eingeleitet.

Der innere Ventilteller 6 wird mit jeweils drei Führungs­ laschen 13 in Öffnungen 10 des senkrechten Zylinders des Austauschelementes geführt. Dadurch ist ein Rotieren des Ventiltellers vollkommen ausgeschlossen.

Die Öffnungen 7, 14, 15, 16, 17, 18 werden für die vorge­ gebenen Auslegungskriterien dimensioniert, wobei zur günstigsten Anpassung an die geforderten Belastungsver­ hältnisse, Druckverlust und Belastungsbereich, die vor­ geschlagenen Formen zur Verfügung stehen. Durch seitliche Anordnung dieser Öffnungen im Ventilteller 6 wird das Gas einseitig in die Flüssigkeit eingeleitet, wodurch diese im Querstrom über den Boden beschleunigt oder ge­ bremst werden kann.

In den Fig. 8 und 9 werden die möglichen Verdickungen 19 und 20 des inneren Ventiltellers 6 gezeigt. Durch diese vorgesehenen Verdickungen werden die Einströmverhältnisse des Gases in das Austauschelement verbessert, was sich in einem niedrigen Einströmdruckverlust zeigt.

Claims (5)

1. Austauschelement für Böden in Stoffaustauschkolonnen

• a) mit einem die Öffnung des Bodens (3) abdeckenden beweg­ lichen Ventilteller (6),
• b) der Ventilteller (6) besitzt Öffnungen (7, 14 bis 18), die für die untere Gasbelastung die genaue Anfangsöff­ nung zur Begasung definieren,
• c) in die Öffnung des Bodens (3) ist ein senkrechter Zylinder (11) mit Gitteröffnungen (10) und daran an­ geordneten seitlichen Leitschaufeln (9) eingesteckt,
• d) der Zylinder (11) ist mit einer feststehenden Abdeck­ platte (8) versehen,
• e) der Ventilteller (6) besitzt an seinem Umfang Führungs­ laschen (13), die in den Öffnungen (10) des Zylin­ ders (11) geführt sind.

2. Austauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) im Ventilteller (6) aus einer ein­ zigen, zentrisch angeordneten Öffnung bestehen.

3. Austauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Ventilteller (6) aus radial angeord­ neten Schlitzen (16, 17, 18) bestehen, die jede beliebige Form haben können.

4. Austauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Ventilteller (6) aus einer oder mehreren konzentrisch angeordneten Schlitzen (14, 15) besteht.

5. Austauschelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnung der die Öffnungen (7, 14, 15, 16, 17, 18) im Ventilteller (6) durch eine Aushalsung (19) oder Hülsen (20) nach oben und/oder unten verdickt sind.