NL192723C - Inrichting voor gas/vloeistofcontact. - Google Patents

Description

1 192723

Inrichting voor gas/vloeistofcontact

De uitvinding betreft een inrichting voor gas/vloeistofcontact, omvattende een kolom met daarin contact-schotels met van een borrelkap voorziene gasdoorlaatopeningen, waarbij elke contactschotel ter plaatse van 5 een weggesneden omtreksegment een overloopschot draagt dat zich neerwaarts tot dichtbij de volgende schotel uitstrekt en opwaarts een geschikte hoogte voor het vormen van een overloopdrempel op de contactschotel heeft. Een dergelijke inrichting, waarin gezorgd is voor een doorlopende stroom vloeistof over elke contactschotel en voor een goed contact van het door de doorlaatopeningen in de schotel opstijgende gas met deze vloeistofstroom, is reeds lang algemeen bekend en wordt bijvoorbeeld beschreven in "Modern 10 Petroleum Technology”, 5th Edition, Part I, pagina 369 tot 371 (1984). Daarbij kan de inrichting een distillatie-, rectificatie- of absorptiekolom vormen en bedoeld zijn voor het scheiden of zuiveren van mengsels, het verwijderen van sporeningrediënten of voor andere doeleinden.

In recente tijd komt het meer en meer voor, dat chemische fabrieken, zoals fabrieken voor het vloeibaar maken van aardgas en fabrieken voor het produceren van etheen, ammoniak of ureum, op drijvende 15 constructies buitengaats worden gebouwd. Dergelijke fabrieken zijn als gevolg van weer, wind en getijden vaak aan schommelingen onderhevig en het spreekt vanzelf dat zulke schommelingen gemakkelijk tot een verstoring van het productieproces kunnen leiden, vooral als in de fabriek een of meer inrichtingen voor gas/vloeistofcontact zijn opgenomen. De uitvinding richt zich vooral op een dergelijk geval en beoogt voorzieningen te treffen om de schadelijke invloed van schommelingen of een schuine stand op de werking 20 van de bedoelde gas/vloeistofcontactinrichting tegen te gaan.

Bij een vloeistof/gascontactinrichting van het algemeen bekende type zal het overloopschot boven elke contactschotel doorgaans over de gehele breedte een gelijke hoogte hebben. Bij een stationaire stand van de inrichting stroomt de vloeistof dan gelijkmatig over de bovenrand van de schotten, die als overloopdrempel fungeert. Ondervindt de inrichting echter schommelingen in een richting evenwijdig aan de 25 overloopschotten, dan zal beurtelings een overmaat vloeistof over het ene einde en het andere einde van de overloopdrempel stromen, waardoor de vloeistofstroom onregelmatig wordt en het gas/vloeistofcontact minder optimaal. Treden schommelingen op in een richting loodrecht op de overloopschotten, dan krijgen de overloopdrempels beurtelings een overmaat en een ondermaat aan vloeistof te verwerken, hetgeen eveneens tot een onregelmatige vloeistofstroming en een minder dan optimaal gas/vloeistof contact leidt.

30 Dezelfde nadelen treden op bij een schuine stand van de inrichting. In al deze gevallen heeft de inrichting een slecht rendement.

Ter opheffing van de nadelen, die bij het optreden van schommelingen ontstaan, verschaft de uitvinding nu een inrichting van het in de aanvang genoemde type, welke gekenmerkt is doordat de overloopdrempel van elke contactschotel een middenstuk met aan weerszijden daarvan twee zijstukken heeft, waarbij de 35 hoogte van de zijstukken boven de contactschotel 1,2 tot 3,0 maal de hoogte van het middenstuk boven de contactschotel is, en doordat de contactschotel nabij de binnenwand van de kolom een grotere dichtheid van doorlaatopeningen dan in het midden van de contactschotel heeft.

Door het verschil in hoogte tussen de zijstukken en het middenstuk van elke overloopdrempel wordt ervoor gezorgd dat bij schommelingen evenwijdig aan de overloopschotten de hoeveelheid overlopende 40 vloeistof, gezien over de breedte van het overloopschot, gelijkmatig zal zijn, ondanks het feit dat het vloeistofniveau op de schotel bij de einden van de overloopdrempel beurtelings stijgt en daalt. Bovendien wordt door de uiteenlopende concentratie van de gasdoorlaatopeningen in de contactschotel bewerkstelligd dat nabij de wanden van de kolom een meer intensief gas/vloeistofcontact dan in het midden van de schotel optreedt, zodat de samenstelling van de vloeistof die over de zijstukken van de overloopdrempel stroomt 45 nagenoeg gelijk is aan die van de vloeistof welke over het middenstuk van de drempel vloeit. Het gevolg is een gelijkmatige vloeistofstroming over de schotels en een optimaal gas/vloeistofcontact alsmede een optimaal rendement van de inrichting. Is de inrichting niet aan schommelingen onderhevig, dan stroomt de vloeistof van elke contactschotel in hoofdzaak over het middenstuk van de overloopdrempel, waarbij vermenging van vloeistofdelen plaatsvindt en verschillen in samenstelling van de vloeistof als gevolg van 50 verschillen in concentratie van de gasdoorlaatopeningen in de schotels worden opgeheven. Ook in dat geval wordt derhalve een goed rendement bereikt. Ook in het geval dat de inrichting onderhevig is aan schommelingen loodrecht op de overloopschotten, waardoor de overloopdrempels beurtelings een overmaat en een ondermaat vloeistof te verwerken krijgen, wordt toch een meer gelijkmatige vloeistofstroming bereikt, omdat de hoge zijstukken van de overloopdrempels de overmaat vloeistof enige tijd tegenhouden.

55 Opgemerkt wordt dat in het Amerikaanse octrooischrift 3.362.696 een inrichting voor gas/vloeistofcontact is beschreven bestaande uit een kolom met daarin contactschotels met gasdoorlaatopeningen. Elke contactschotel heeft ter plaatse van een weggesneden omtreksegment een overloopschot dat zich 192723 2 neerwaarts tot dichtbij de volgende schotel en opwaarts over een geschikte hoogte voor het vormen van een overloopdrempel uitstrekt. Daarnaast zijn op elke contactschotel nog een aantal andere, meer of minder geperforeerde, schuin staande keerschotten aanwezig, die dienen om de vloeistofstroom over de schotels door het volgen van een gecompliceerde stroombaan te vertragen en daardoor het contact met de door de 5 doorlaatopeningen opstijgende gasstroom te verbeteren. Deze inrichting is niet bedoeld om buitengaats te worden opgesteld en zal normaliter niet aan schommelingen onderhevig zijn. Wel kan de overloopdrempel op elke contactschotel, evenals bij de inrichting volgens de uitvinding, zijstukken van grotere hoogte dan een middenstuk hebben, maar deze maatregel dient slechts om rekening te houden met schuimvorming op de schotel ten gevolge van het intensieve vloeistof/gascontact. Verder is geen sprake van concentratie-10 verschillen voor de gasdoorlaatopeningen op uiteenlopende plaatsen van de schotels.

Verder wordt opgemerkt dat in het Amerikaanse octrooischrift 3.729.179 een inrichting voor gas/ vloeistofcontact is beschreven, die uit een kolom met contactschotels bestaat, waarbij de gasdooriaat-openingen in de contactschotels door borrelkappen zijn afgedekt. Elke contactschotel draagt een overloop-schot dat zich neerwaarts tot dicht bij de volgende schotel en opwaarts over een geschikte hoogte ter 15 vorming van een overloopdrempel uitstrekt (figuur 12). Het neerwaartse deel van elk overloopschot heeft een geprofileerde onderrand, waarvan het profiel door middel van een reeks schuiflatten instelbaar is.

Verder is de bovenrand van de overloopdrempel eveneens geprofileerd met een laag middendeel, lage einden en hogere tussenstukken, waarbij nog inkepingen in die tussenstukken mogelijk zijn. De inrichting is niet bedoeld om buitengaats te worden opgesteld en de profileringen in schotten en drempels dienen dan 20 ook alleen om concentratieverschillen in de vloeistof en onregelmatige stromingspatronen over de schotels op te heffen. Van concentratieverschillen voor de gasdoorlaatopeningen op uiteenlopende plaatsen van de schotels is geen sprake.

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de volgende uiteenzetting aan de hand van de tekening.

25 Figuur 1 is een schematisch aanzicht van een inrichting volgens de uitvinding in de vorm van een distillatiekolom.

Figuur 2 is een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van de kolom uit figuur 1.

Figuur 3 is een doorsnede van dezelfde kolom langs de lijn Ill-Ill van figuur 4.

Figuur 4 is een doorsnede volgens de lijn IV-IV van figuur 3.

30 Figuur 5 is een verticale doorsnede door een deel van de distillatiekolom.

Figuur 6 geeft een detail weer, namelijk een borrelkap van een schotel in de kolom.

De distillatie-inrichting van figuur 1 bestaat uit een cilindrische kolom 11 met daarin een aantal boven elkaar geplaatste contactschotels 12. Aan de onderzijde van de kolom bevinden zich een verhittingsketel 14 en 35 een afvoerleiding 15 en aan de bovenzijde een condensor 16 en een distillaatafvoer 17. Het te distilleren materiaal wordt via een toevoerleiding 18 halverwege de kolom 11 toegevoerd.

Zoals blijkt uit de figuren 2-5 zijn de schotels 12 voorzien van 10-100 of meer gasdoorlaatopeningen 19, elk met een borrelkap 20. Volgens figuur 6 is een borrelkap voorzien van poten die op de schotel steunen, zodanig dat het gas (de damp) door de borrelkappen kan stromen. De doorlaatopeningen 19 zijn zodanig 40 over een schotel 12 verdeeld, dat zich aan de zijde van de binnenwand van de kolom 11 meer doorlaatopeningen bevinden dan in het midden.

Zoals blijkt uit de figuren 2 en 4 is bij elke schotel 12 een omtreksegment weggesneden en is tegen de overblijvende rand een verticaal overloopschot 21 aangebracht, dat enerzijds boven het blak van de schotel uitsteekt en anderzijds zich omlaag tot vlak boven de daaronder gelegen schotel uitstrekt. Tussen het 45 overloopschot 21 en de binnenwand van de kolom 11 blijft dan een doorgang 13 open, waardoor vloeistof vanaf de betreffende schotel omlaag kan stromen tot zij de volgende schotel bereikt. Het opstaande deel van het overloopschot 21 vormt een overloopdrempel voor de vloeistof en bestaat uit een middenstuk 21a met aan weerskanten daarvan twee zijstukken 21 b die de binnenwand van de kolom 11 raken. Deze zijstukken 21b hebben een hoogte van 1,2 tot 3,0 maal de hoogte van het middenstuk 21a is. De breedte 50 van de zijstukken 21 b kan elke gewenste waarde hebben, doch de voorkeur gaat uit naar een nagenoeg gelijke breedte. De verhouding tussen de breedte van het middenstuk 21a en de totale breedte van het schot 21 kan proefondervindelijk worden bepaald en is afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden.

De werking van de kolom uit figuren 1-6 is als volgt.

Het te distilleren vloeibare materiaal wordt via de toevoerleiding 18 in de kolom gevoerd en stroomt 55 daarin over de schotels 12 omlaag, terwijl een hete dampstroom 30 via de doorlaatopeningen in de schotels 12 door de kolom opstijgt. De stijgende dampstroom 30 slaat tegen de borrelkappen 20 en wordt in de vorm van dampbellen over de vloeistof 31 op elke schotel 12 verdeeld, zodat een goed contact tussen vloeistof 3 192723 en damp plaatsvindt. Daarbij absorbeert de vloeistof 21 warmte uit de dampbelien en worden laagkokende stoffen uit de vloeistof door de stijgende dampstroom 30 opgenomen.

De vloeistof 31, die een schotel 12 heeft doorlopen, passeert de door het opstaande deel van het overloopschot 21 gevormde overloopdrempel en stroomt dan via de doorgang 13 naar de daaronder 5 gelegen schotel 12. Op deze wijze stroomt de vloeistof achtereenvolgens over alle schotels 12 omlaag totdat het benedengedeelte van de kolom 11 is bereikt. De vloeistof uit het benedengedeelte van de kolom wordt dan in de verhittingsketel 14 tot verdamping gebracht, waama de damp in de vorm van een dampstroom 30 wordt teruggeleid, terwijl een deel van de vloeistof via de afvoerleiding 15 wordt afgevoerd.

Bij elke schotel 12 komt de stijgende dampstroom 30 in aanraking met de dalende vloeistofstroom 31, 10 totdat de damp de bovenzijde van de kolom bereikt en deze verlaat. In de condensor 16 wordt de damp gecondenseerd onder vorming van een teruggevoerde en dalende vloeistofstroom 31, terwijl een deel van de zo gevormde vloeistof als distillaat via de afvoerleiding 17 wordt afgevoerd.

Bevindt een dergelijke inrichting zich op een drijvende constructie buitengaats, die onder invloed van weer, wind en getijden schommelingen kan vertonen of een schuine stand kan innemen, dan is het mogelijk 15 dat op de schotels 12 een onregelmatige verdeling van het vloeistofniveau optreedt. In het geval van schommelingen evenwijdig aan de overloopschotten verzamelt de vloeistof zich beurtelings tegen het ene gedeelte en het andere gedeelte van de binnenwand van de kolom 11, zodat beurtelings het ene einde en het andere einde van de overloopdrempel van elk schot 21 een overmatige hoeveelheid vloeistof te verwerken krijgt. In het geval van schommelingen in een richting dwars op de overloopschotten zal de 20 vloeistof dan beurtelings tegen een dicht wandgedeelte van de kolom 11 en in de richting van de overloopdrempel worden gestuwd, waarbij periodiek een overmaat vloeistof via de overloopdrempel en de doorgang 13 wegstroomt.

Volgens de uitvinding dient de hoogte van elke overloopdrempel, dat wil zeggen de hoogte van elk overloopschot boven de bijbehorende schotel, zodanig te worden geregeld dat de hoogte van elk zijstuk 21b 25 daarvan 1,2 tot 3,0 maal de hoogte van het middenstuk 21a is. In het geval van schommelingen evenwijdig aan het overloopschot zal de vloeistof dan niet alleen bij de zijstukken, maar nagenoeg gelijkmatig over de gehele breedte van het schot overlopen. Treden geen schommelingen op, dan functioneert alleen het middenstuk van het schot als overloopdrempel, en zijn de schommelingen dwars op het overloopschot gericht, dan wordt een overmaat vloeistof door de hoge zijstukken van het overloopschot afgeremd. In al 30 deze gevallen brengt de gekozen constructie mee dat de vloeistof 31 gedurende een voldoende lange periode op elke schotel 12 aanwezig blijft en dat alle delen van de stromende vloeistof vrijwel eenzelfde tijd op een schotel worden vastgehouden, hetgeen gunstig is voor het distillatierendement.

Als de zijstukken 21b te hoog zijn, wordt de overlopende hoeveelheid vloeistof daar ter plaatse te gering. De hoogte van de zijstukken dient dan ook niet meer dan 3,0 maal de hoogte van het middenstuk 21a te 35 zijn.

In de inrichting volgens de uitvinding dienen de schotels nabij de binnenwand van de kolom 11 meer openingen 19 te bevatten dan in het midden, zodat de distillatie nabij de binnenwand van de kolom 11 sneller plaatsvindt dan in het midden. De samenstelling van de vloeistof, die in het geval van schommelingen over de zijstukken 21 b van het overloopschot stroomt is dan nagenoeg gelijk aan die van de vloeistof 40 over het middenstuk 21a. Bovendien stijgt meer damp met de dampstroom 30 langs en nabij de binnenwand van de kolom 11 op, zodat de vloeistof op de schotels 12 geleidelijk naar het midden wordt gestuwd en de vloeistof nabij de binnenwand van de kolom 11 niet te hoog kan stijgen.

De uitvinding wordt verder verduidelijkt door het volgende voorbeeld (met vergelijkingsvoorbeeld).

45 Voorbeeld

Aan een distillatiekolom van de figuren 2-wordt een schommelende beweging evenwijdig aan de overloopschotten gegeven, met een amplitude van 2,5° en een schommelperiode van 8 sec. Met behulp van de distillatiekolom wordt ammoniakgas met water geabsorbeerd, waarna het rendement van het gas/ vloeistofcontact wordt bepaald. Daarbij gelden de volgende gegevens: 50 Diameter van kolom 11: 1200 mm

Schoteltype: ’’Flexitray”

Aantal borrelkappen 20: 66

Diameter openingen 19: 39 mm

Lengte van middenstuk 21a: 530 mm 55 Hoogte van middenstuk 21a: 50 mm

Lengte van zijstukken 21b: 270 mm

Hoogte van zijstukken 21b: 150 mm

Claims (4)

192723 4 Gasdebiet: 1100 Nm3/h Debiet van toegevoegd water: 8 m3/h NHg-concentratie bij inlaat: 980 ppm NH3-concentratie bij uitlaat: 392 ppm

5 De absorptiegraad voor het ammoniak blijkt 60% te bedragen. Vergelijkïngsvoorbeeld Hier wordt gewerkt met een distillatiekolom van dezelfde constructie als in bovenstaand voorbeeld, met als verschil dat de middenstukken 21a van elk overloopschot een lengte van 530 mm en een hoogte van 80 10 mm hebben, terwijl de zijstukken 21b van elk overloopschot een lengte van 270 mm en een hoogte van 80 mm hebben. Er is dus geen verschil in hoogte tussen middenstuk en zijstukken. Deze kolom wordt op dezelfde wijze als in het voorbeeld in schommeling gebracht waarna het rendement van het gas/ vloeistofcontact wordt bepaald. De NH3-concentratie bedraagt bij de inlaat 965 ppm en bij de uitlaat 630 ppm zodat de absorptiegraad voor NH3 in dit geval slechts 35% is.

15 Er wordt nog op gewezen dat varianten op de beschreven uitvoeringsvorm (van de overloopdrempel) denkbaar zijn. Zo kunnen de overloopschotten boogvormig zijn, in welk geval de zijstukken stapsgewijs of continu van hoogte kunnen verschillen met de middenstukken. Door de beschreven constructie van de overloopschotten is de contactinrichting volgens de uitvinding zeer geschikt voor een installatie op een drijvende constructie buitengaats of op een andere door uitwendige 20 krachten schommelende of schuin staande constructie.

25 Inrichting voor gas/vloeistofcontact, omvattende een kolom met daarin contactschotels met van een borrelkap voorziene gasdoorlaatopeningen, waarbij elke contactschotel ter plaatse van een weggesneden omtreksegment een overloopschot draagt dat zich neerwaarts tot dichtbij de volgende schotel uitstrekt en opwaarts een geschikte hoogte voor het vormen van een overloopdrempel op de contactschotel heeft, met het kenmerk, dat de overloopdrempel (21) van elke contactschotel (12) een middenstuk (21a) met aan 30 weerszijden daarvan twee zijstukken (21b) heeft, waarbij de hoogte van de zijstukken (21b) boven de contactschotel (12) 1,2 tot 3,0 maal de hoogte van het middenstuk (21a) boven de contactschotel (12) is, en dat de contactschotel (12) nabij de binnenwand van de kolom (11) een grotere dichtheid van doorlaat-openingen (19) dan in het midden van de contactschotel (12) heeft. Hierbij 3 bladen tekening