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Kontaktvorrichtung für Gase und Flüssigkeiten bei Destillationen u.
dgl; Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktvorrichtung für Gase und Flüssigkeiten
und betrifft im besonderen eine Vorrichtung, die geeignet zur Verwendung bei der
fraktionierten Destillation oder beim Dephlegmieren ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gründlichen gegenseitigen
Berühren von Gasen und Flüssigkeiten, deren Einzelheiten aus folgenden Teilen bestehen:
aus einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse liegenden Einsatz, der das Innere in eine
untere und eine obere Zone unterteilt, aus einer der einen Wand anliegenden Einrichtung,
um Flüssigkeit auf bzw. über den Einsatz zu leiten, und aus einer der gegenüberliegenden
Wand anliegenden Einrichtung, um Flüssigkeit aus dem Einsatz zu der unteren Zone
zu leiten, wobei der Einsatz aus einer Anzahl auf Abstand gestellter, aufwärts gerichteter
Prallplatten besteht, deren untere Teile gegen -die eine Seitenwand hin im Abstand
voneinander sich überlappen und eine Anzahl langgestreckter Gasdurchlässe durch
den Einsatz hindurch bilden.
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Der Einsatz liegt im wesentlichen quer und vollständig innerhalb
des Gehäuses in einer Ebene. Die Vorrichtung besteht ferner aus einem Abfluß und
aus einem langgestreckten Wehr, das einen Flüssigkeitsabschluß an der einen Seitenwand
bildet, um Flüssigkeit aus einer oberen Zone auf die eine Seite des Einsatzes bzw.
darüber zu leiten, aus einem zweiten Abfluß an der gegenüberliegenden Seitenwand,
um ablaufende Flüssigkeit von der anderen
Seite des Einsatzes zu
der unteren Zone zu leiten, und' aus' einem dem -zweiten Abfluß zugeordneten zweiten
Flüssigkeitsabschluß, um den Durchgang der Gase nach aufwärts von der unteren Zone
zu der oberen Zone durch den Abfluß hindurch zu verhüten.
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Jeder Einsatz enthält eine Anzahl auf Abstand gestellter, paralleler,
aufwärts gerichteter, gelochter Prallplatten, die quer zur Fließrichtung der Flüssigkeit
angeordnet sind. Alle Platten weisen an den unteren Seitenkanten Flansche auf, die
gegen die eine Seitenwand unter einem Winkel zur Wand und sich überlappend gerichtet
sind, so daß auf diese Weise eine Anzahl langgestreckter Gasdurchlässe zwischen
aufeinanderfolgenden Platten und Flanschen geschaffen ist, die im wesentlichen Lförmige
Querschnitte aufweisen.
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Beim Destillieren oder Dephlegmieren von Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstoffen,
ist es wichtig, daß der Destillationsturm so ausgeführt ist, daß eine gründliche
Mischung zwischen den durch die Vorrichtung hindurchströmenden Dämpfen und Flüssigkeiten
erfolgt. Notwendig ist ferner, daß ,ein gründliches Mischen erfolgt, ohne daß die
Dämpfe und Flüssigkeiten aneinander vorbeifließen. Ebenso ist erwünscht, daß mehrere
Einsätze in dem Destillationsturm eingebaut sind, um einen geringeren Druckabfall
zwischen den verschiedenen Einsätzen sowie eine Anpassungsmöglichkeit an die Mengen
und die Verhältnisse von Dämpfen und Flüssigkeiten zu schaffen.
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Der Erfindungsgegenstand gestattet den Bau eines Destillationsturmes,
der außergewöhnlichgroße Gas-und Dampfmengen bei einer gegebenen Flüssigkeitsmenge
wirkungsvoll zu verarbeiten ermöglicht. Die eine innige Berührung zwischen Gas und
Flüssigkeit bewirkende Vorrichtung ist so gebaut, daß innerhalb der Vorrichtung
ein nur geringer Druckabfall bei jedem Einsatz erfolgt. Die Kontaktvorrichtung,
in der die Gase und Dämpfe gründlich gemischt werden, ist so ausgebildet, daß kein
Vorbeistreichen von Dämpfen und Flüssigkeiten ohne gegenseitige Einwirkung stattfinden
kann. Der Einsatz für einen Kontaktturm kann einfach aufgebaut und leicht in bestehende
Aufbauten eingebaut werden.
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Andere Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung,
den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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Gemäß einer Durchführungsform der Erfindung besteht eine Kontaktvorrichtung
für Gase und Flüssigkeiten aus einem Gehäuse oder einem Turm, in dem ein Einsatz
liegt, der das Gehäuse in untere und obere Zonen teilt. An einer Seitenwand des
Turmes ist eine Vorrichtung vorgesehen, um die Flüssigkeit von dem Einsatz abzuleiten.
Auf diese Weise ist ein Kontaktturm geschaffen, in dem die Flüssigkeit über den
-Einsatz weg in solcher Weise fließt, daß die Flüssigkeit im wesentlichen die ganze
Querschnittsfläche des Turmes oder- Gehäuses überquert. Gemäß der Erfindung enthalt
jeder Einsatz eine Anzahl paralleler, aufwärts gerichteter Prallelemente, die sich
im wesentlichen quer über den ganzen Turm weg in Richtung senkrecht zu dem über
den Einsatz wegfließenden Flüssigkeitsstrom erstrecken. Diese Prallplatten sind
durchlocht und haben neben ihren unteren Seitenkariten Flansche, die nach derjenigen
Wand des Gehäuses hin gerichtet sind, die der Einrichtung anliegt und zum Ableiten
der Flüssigkeit auf die obere Fläche des nächsten unteren Einsatzes dient. Die Flansche
erstrecken sich in im wesentlichen parallelen, auf Abstand gestellten Ebenen und
überlappen sich, so daß sie eine Anzahl langgestreckter Gasdurchlässe von L-förmigem
Querschnitt bilden.
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Beim Betrieb der Vorrichtung werden Dämpfe aufwärts durch die langgestreckten
Durchlässe hindurchgeführt. Die in einem Durchlaß befindliche Flüssigkeit wird durch
den Gasstrom erfaßt, gegen das nebenliegende Prallelement geworfen, strömt durch
die in dem Prallelement befindlichen Offnungen hindurch und fließt abwärts, um vom
nächsten nebenliegenden Gasdurchlaß mitgenommen zu werden. Dieser Vorgang wiederholt
sich, bis die ganze Flüssigkeit allmählich über den Einsatz hinwegbewegt worden
ist. Der Einsatz kann waagerecht liegen oder kann gewünschtenfalls zur Waagerechten
etwas geneigt sein.
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Zum vollen Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein gebrochener Schnitt eines Destillationsturmes,
wobei eine Anzahl in dem Turm liegender Einsätze schematisch dargestellt ist, die
gemäß einer Durchführungsform der Erfindung ausgebildet wurden, Fig, 2 ein Schnitt
nach Linie 2'-2' der Fig. I, wobei nähere Einzelheiten der verschiedenen Einsatzelemente
erkenntlich sind, Fig. 3 ein vergrößerter Schnitt eines der in Fig. I und 2 dargestellten
Einsatzelemente, Fig. 4 eine schematische Ansicht einer anderen Durchführungsform
eines gemäß der Erfindung ausgeführten Einsatzes, Fig. 5 eine weitere Abänderung
eines gemäß der Erfindung ausgeführten Einsatzes, und Fig. 6 bis I3 zeigen verschiedene
Formen, die die an den unteren Seitenkanten der verschiedenen Prallplatten in den
einzelnen Einsätzen vorhandenen Flansche annehmen können.
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Bei der in den Fig. I, 2 und 3 dargestellten Durchführungsform der
Erfindung hat der Destillationsturm 20 den üblichen Dampfeinlaß und Dampfleitung
22, das Flüssigkeitsabzugrohr 24 und den Rückflußeinlaß 28. Innerhalb des Gehäuses
oder Turmes liegt eine Anzahl quer gerichteter Einsätze 30, 32 und 34. Diese Einsätze
erstrecken sich im wesentlichen vollständig über das Innere des Turmes weg mit Ausnahme
der Flächen, die neben den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Turmes sich
befinden und in denen Einrichtungen liegen, um Flüssigkeit den Einsätzen zuzuleiten
und um Flüssigkeit zu einem nächst tiefer gelegenen Einsatz abzuleiten. Die verschiedenen
Einsätze teilen das Innere des Gehäuses in eine Anzahl in senkrechter Richtung übereinanderliegender
Zonen 36, 38, 40 und 42, die im wesentlichen von zylindrischer Form sind. Die in
die Kammer eingeführten Dämpfe oder Gase strömen, wie dies nachstehend ausführlich
beschrieben-wird,
aufwärts und nacheinander durch die verschiedenen Einsätze und Zonen hindurch, um
durch die Dampfleitung 26 hindurch auszutreten.
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Geeignete Abflüsse 44 sind neben dem Abströmende jedes Einsatzes
vorgesehen, um Flüssigkeit aus diesem Einsatz zu einem darunterliegenden nächsten
Einsatz zu leiten. Diese Abflüsse 44 werden begrenzt durch die Seitenwände des Gehäuses
20 und durch Prallplatten 46, wodurch in Verbindung mit den Wehren 48 eine Anzahl
Flüssigkeits abschluß kammern geschaffen wird, die neben dem die Flüssigkeit aufnehmenden
Ende des nächst darunterliegenden Einsatzes liegen. Die Abschlußkammern für aufeinanderfolgende
Einsätze befinden sich abwechselnd an gegenständigen Seiten des Turmes, so daß die
waagerechte Fließrichtung der Flüssigkeit beim übergang auf aufeinanderfolgende
Einsätze umgekehrt wird. Der- Boden 49 jeder Abschlußkammer ist mittels Schweißen
oder anderweitig an der Seitenwand des Turmes 20 befestigt, und eine aufwärts gerichtete
Verlängerung des Bodens bildet das Wehr 48, das in der aus Fig. 3 ersichtlichen
Weise gelocht ist, jedoch Lochungen nicht aufzuweisen braucht.
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Jeder der in den Fig. I, 2 und 3 gezeigten Einsätze besteht aus einer
Anzahl senkrecht angeordneter, langgestreckter Prallelemente oder Platten 50, die
vollständig über das Innere des Gehäuses oder Turmes in einer Richtung sich erstrecken,
die quer zu dem über den Einsatz strömenden Flüssigkeitsstrom gerichtet ist. Jede
Prallplatte 50 ist mit einer Anzahl Öffnungen versehen, deren Durchmesser I,5 mm
bis 50 mm betragen kann. Bei der in den Fig. r bis 3 gezeigten Durchführung sind
die Prallelemente an ihren oberen Enden nach der Richtung des über den Einsatz wegfließenden
Flüssigkeitsflusses gebogen. Die Bodenseitenkanten der durch lochten Prallplatten
50 sind mit Flanschen 52 versehen, die sich ebenfalls über die ganze Breite des
Turmes erstrecken, mit der Ausnahme, daß sie durch Einbau von Tragplatten 54 unterbrochen
sind. Diese Flansche 52 überlappen sich in parellelen, auf Abstand gestellten Ebenen,
so daß zwischen den Flanschen und den anschließenden Platten 50 langgestreckte Gasdurchlässe
gebildet sind, die einen L-förmigen Querschnitt haben. Bei der in den Fig. I bis
3 gezeigten Darstellung sind die Flansche 52 an ihren untersten Enden 55 abwärts
gedreht und an ihnen sind Platten 5o angeschweißt oder anderweitig befestigt. Diese
Platten 56 bilden im Zusammenwirken mit den Flanschen 52 einen rohrförmigen Aufbau,
der dazu dient, jeden Flansch und den ganzen Einsatzbau zu versteifen. Außerdem
verengen die Platten 56 den Gasstrom zwischen aufeinanderfolgenden Platten 52, so
daß die Geschwindigkeit des zwischen den Flanschen strömenden Gases großer als die
Geschwindigkeit des Gases ist, das in den zwischen den nebeneinanderliegenden Prallplatten
50 vorgesehenen breiteren Räumen strömt.
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Vorzugsweise wird der Einsatz aus mehreren Abschnitten hergestellt,
so daß der Einsatz unmittelbar in einen bestehenden Turm hinein eingebaut werden
kann. Dies wird durch die Einrichtungen erreicht, die im besonderen in den Fig 2
und 3 dargestellt sind' Bei dieser Durchführung wird die erforderliche Zahl von
Prallplatten und Flanschen zwischen einem Paar von Tragplatten 54 und 58 befestigt.
Die Platten 54 sind geradlinig, während die Platten 58 (Fig. 3) gekrümmt sind, um
sich den zylindrischen Seitenwänden des Gehäuses 20 anzupassen. Die Prallplatten
und Flansche werden zwischen den Platten 54 und 58 oder zwischen den Platten 54
und 54, wie dies im Mittelabschnitt der Fall ist, befestigt und bilden selbständige
Einheiten, die in der dargestellten Weise in den Turm eingebaut werden können. Diese
Einheiten können dann miteinander verschraubt werden, wie in Fig. 2 dargestellt,
und der ganze Zusammenbau wird dann an die gebogenen Platten 60 angeschweißt, die
an einem kreisringförmigen Flansch 6.2 angeschraubt sind, der an der Innenwand des
Turmes befestigt ist.
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Beim Arbeiten der oben beschriebenen Vorrichtung steigen Dämpfe durch
jeden Einsatz hindurch von der unten liegenden Zone zu der darüberliegenden Zone
aufwärts. Der Dampfstrom muß direkt durch die langgestreckten, L-förmigenGasdurchlässe
55 jedes Einsatzes strömen, da diese Durchlässe den einzigen Weg bilden und ein
Flüssigkeitsabschluß in den Abläufen 44 vorhanden ist. Während Dämpfe aufwärts durch
den Einsatz strömen, fließt Flüssigkeit aus der zugehörigen Abschlußkammer über
das Wehr 48 oder durch die Lochungen des Wehres in den ersten Raum zwischen dem
Wehr und der ersten Prallplatte hinein. Die Flüssigkeit fließt vom Wehr abwärts
und wird durch das Gas erfaßt, das aufwärts zwischen dem Boden der Abschlußkammer
und dem nebenliegenden Flansch 52 strömt, wodurch die Flüssigkeit gegen die erste
Prallplatte geschleudert wird. An diesem Punkt trennen sich die meisten Gase von
der Flüssigkeit, die Flüssigkeit fließt durch die Durchlochungen der ersten Prallplatte
und tropf abwärts, wo sie wieder durch einen zweiten Gasstrom erfaßt wird, der zwischen
benachbarten Flauschen 52 hindurchströmt, worauf das Gemisch gegen die zweite durchlochte
Prallplatte geschleudert wird.
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Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Flüssigkeit schließlich die
letzte Prallplatte erreicht, die die in Fig. 3 am weitesten rechtsgelegene Prallplatte
ist.
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Dann tropft die Flüssigkeit abwärts durch den Abfluß 44 in eine andere
Abschlußkammer, und der ganze Vorgang wiederholt sich in dem darunterliegenden nächsten
Einsatz. Infolge dieser Ausbildung fließt also der Flüssigkeitsstrom über das In.-nere
des Turmes weg auf dem einen Einsatz in der einen Richtung, auf dem unmittelbar
darunterliegenden Einsatz jedoch in der entgegengesetzten Richtung. Die die Einsatzelemente
tragenden gekrümmten Platten 60 sind mit dreieckigen, plattenähnlichen Verlängerungen
64 versehen, die an den Platten 60 angeschweißt oder anderweitig befestigt und neben
dem oberen Abschnitt des Einsatzes gelegen sind, wodurch verhütet wird, daß Flüssigkeit
über die Seiten des Einsatzes in dem oberen Abschnitt desselben hinwegspritzt.
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Der Aufbau der verschiedenen Einsätze ist verhältnismäßig einfach,
ermöglicht aber, daß große
Dampfmengen gründlich mit der durchströmenden
Flüssigkeit in Berührung treten. Die Vorrichtung arbeitet mit gutem Wirkungsgrad,
da das gesamte Gas aufwärts durch den Einsatz hindurchstriömen muß und keine Gelegenheit
zum Vorbeiströmen ohne Berührung mit der Flüssigkeit besteht.
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In der vorstehenden Beschreibung ist ein Einsatz beschrieben, der
etwas geneigt zur Waagerechten liegt und in dem die verschiedenen den Prallplatten
zugeordneten Flansche ebenfalls geneigt zur Waagerechten in auf Abstand gestellten
parallelen Ebenen sind. Gewünschtenfalls können, wie in Fig.4 dargestellt, die Flansche
in einer waagerechten Richtung sich erstrecken und sich überlappen. Hierbei entsteht
ein zwischen aufeinanderfolgenden Flanschen liegender, von Gas durchströmter, schmaler
Durchlaß, der sich an dfer Stelle zwischen den Prallplatten plötzlich beträchtlich
erweitert. Fig. 5 zeigt eine Ausführung, bei der der Einsatz in waagerechter Richtung
quer über den Turm weg sich erstreckt. Hier wird die Überlappung der verschiedenen
Flansche dadurch erreicht, daß die Flansche in der dargestellten Weise abwärts gebogen
sind. Die Darstellungen in den Fig. 4 utid 5 sind rein schematisch und die verschiedenen
Elemente dieser Einsätze können in der gleichen Weise getragen werden, wie dies
in Verbindung mit dem Einsatz nach den Fig. I bis 3 beschrieben und dargestellt
ist.
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Die an die Prallplatten anschließenden Flanschteile können verschiedenartige
Form und Gestalt besitzen, wie sie beispielsweise in den Fig. 6 bis I3 dargestellt
sind. Die Wahl dieser Formen hängt in hohem Grade von der zwischen den einzelnen
Prallplatten des Einsatzes gewünschten Art des Gasstromes ab. Ebenso hängt die Anordnung
und die Staffelung der verschiedenen Prallplatten in hohem Grade von der besonderen
Form der verschiedenen Flanschenteile ab. Obwohl die Prallplatten 50 als in senkrechter
Richtung sich erstreckend dargestellt sind, können sie auch von der senkrechten
Richtung ganz oder teilweise abgewinkelt oder können gekrümmt sein. Die Oberkanten
können die Ausbildung nach Fig. 3 haben, können aber auch in entgeglengesetzter
Richtung abgewinkelt sein.