DE1444367A1 - Mass transfer column - Google Patents
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Description
B e s c h r e i b u n g) "Stoffaustauschkolone" Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschkolonne, di. von einer flüssigkeit und einem Das oder dampfförmigen Mittel durchsetzt wird, mit vertikalen, lückenlos nebeneinander liegenden Strömungakanälen.D e c h r e i n g) "Mass transfer columns" The invention relates to a mass transfer column, di. of a liquid and a that or vapor Medium is interspersed with vertical, seamlessly adjacent flow channels.
In derartigen Stoffaustauschkolonnen kann z.B. Destillation oder Rektifikation oder aber Extraktion (Absorption) dtwA einer Komponente aus einem gasförmigen Gemisch mittels einer fremden, in Stoffaustausch mit dem Gemisch stehenden Abtrennflüssigkeit (Extraktions- oder Absorptionsflüssigkeit) oder aber eine Abtrennung isotoper Elemente aus einem Stoff auf Grund einer chemischen Austauschreaktion vorgenommen werden, z.B. die Trennung von Deuterium und Wasserstoff0 Die Trennung von mit verschiedenen Isotopen gebildeten Molekülen, beispielsweise von schwerem und leichtem Wasser, läßt sich selbstverständlich ebenfalls in derartigen Austauschkolonnen durchführen. In such mass transfer columns, for example, distillation or Rectification or extraction (absorption) dtwA of a component from one gaseous mixture by means of a foreign substance that is in substance exchange with the mixture Separation liquid (extraction or absorption liquid) or a separation isotopic elements made from a substance on the basis of a chemical exchange reaction e.g. the separation of deuterium and hydrogen 0 The separation of with different Isotopically formed molecules, for example from heavy and light water, can of course also be carried out in such exchange columns.
Es ist das Ziel der Brtindung, die Wirksamkeit der bekannten Kolonnen mit vertikalen, lückenlos nebeneinander liegenden @trömungskanälen zu verbessern, d.h, einen hohen Trenneffekt hcrbeizuführen. Um mit den bekannten Kolonnen einen guten Trenneffekt eint Stoffgemisches zu realisieren, ist es wesentlich, daß die in die parallelen Kanäle eingespeisten Flüssigkeite- und Dampfmengen untereinander keine au starken streuungen aufweisen. Da Streuungen jedoch bei den bekannten Kolonnen praktisch nicht vermeidbar sind oder nur mit hohem apparativem Aufwand relativ klein gehalten werden können, ist eine wesentliche Verschlechterung der Wirksamkeit der Kolonnen und damit des Trenneffektes des Stoffgemisches die Folge. It is the aim of the bond, the effectiveness of the known columns to improve with vertical, seamlessly adjacent @ flow channels, i.e. to bring about a high separation effect. To get one with the well-known columns To achieve a good separation effect for a mixture of substances, it is essential that the Amounts of liquid and steam fed into the parallel channels with one another show no excessive scatter. There However, there are scatter the known columns are practically unavoidable or only with a high level of equipment The fact that effort can be kept relatively small is a significant deterioration the effectiveness of the columns and thus the separation effect of the mixture of substances Episode.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß bei derartigen Kolonne deren Stoffaustauschteil aus vertikalen, lückenkos nebeneinander liegenden Strömungskanälen besteht, nur dann eine Erhöhung des Trenneffektes gegenüber bekannten Kolonnen erreicht werden kann, wenn innerhalb der einzelnen Kanäle für eine möglichst gute Flüssigkeitaverteilung und sowohl innerhalb der Kanäle als aber auch über den gesamten Kolonnenquerschnitt für eine möglicht gleichmäßige Verteilung und Vermischung des gas- oder dampfförmigen Mittels gesorgt wird0 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ao gelöst, daß die Strömungs kanäle mit Füllkörpern aufgefüllt sind und die Begrenzungswände der Strömungskanäle Öffnungen für eine Verteilung des gas- oder dampfförmigen Mittels über den Kolonnenquerschnitt aufweisen, wShrend die Flüssigkeit oben einmal auf die Knäle verteilt wird und in den ihr zugeteilten Kanälen nach unten strömt. The invention is based on the knowledge that in such a column their mass transfer part consists of vertical, gapless adjacent flow channels exists, only then an increase in the separation effect compared to known columns is achieved can be if within the individual channels for the best possible liquid distribution and both within the channels and over the entire column cross-section for the most even distribution and mixing of the gaseous or vaporous This object is achieved according to the invention in that the flow channels are filled with fillers and the boundary walls of the flow channels Openings for a distribution of the gaseous or vaporous agent over the column cross-section while the liquid is distributed once over the canals and in flows down the channels assigned to it.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Begrenzungswände der Strömungskanäle von mindestens einem Einbauelement mit wabenförmiger Struktur gebildet werden, wobei die die Strömungskanäle bildenden Waben eine rechteckige Porm bssitzen, und in den Strömungekanälen als Füllkörper Jeweils mindestens zwei Packungekörper übereinander angeordnet sind, deren Abmessungen dem Querschnitt der Strömungakanäle angepaßt sind, wobei die Packungskörper aus Lamellen bestehen, die mindestens zum Teil geriffelt sind, und wobei weiterhin die senkrechtenn Stellungen der Lamellen übereinander angeordnetor Faokungskörper Um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind0 Vorteilhaft bestehen hierbei die Paokungskörper aus einander berührend n geriffelten Lamellen, wobei die Riffelungen von benachbarten Lamellen verschiedene Richtungen haben und mindestens die Riffelung einer von zwei benachbarten Lamellen im Winkel zur Kolonnenachse liegt. Die Pakkungakürper können aber auch derart ausgebildet sein, daß zwischen Je zwei geriffelten Lamellen eine ungeriffelte Lamelle angeordnet ist. An advantageous embodiment of the invention is that the boundary walls of the flow channels of at least one built-in element honeycomb structure are formed, the flow channels forming Honeycombs have a rectangular shape and are used as fillers in the flow channels In each case at least two pack bodies are arranged one above the other, the dimensions of which are adapted to the cross section of the flow channels, the packing body from There are lamellae that are at least partially corrugated, and continue to vertical positions of the lamellae arranged one above the other Faokungskörper Um Are arranged offset by 90 ° from one another n corrugated lamellas touching each other, being the corrugations have different directions from adjacent lamellas and at least the corrugation one of two adjacent lamellas is at an angle to the column axis. The Pakkunga bodies but can also be designed such that between two corrugated lamellas a non-corrugated lamella is arranged.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der in den Zeichnungen dargestellten und im folgenden erläuterten-Ausführungsbeispiele der Erfindungt Die Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Rektifizierkolonne, die beispielsweise zur Trennung von leichtem und schwerem Wasser dienen kann, während Fig. 2 einen Quer@ch@itt durch die Kolonne länges der Schnittlinie II - II der Fig. 1 zeigt. Further features of the invention emerge from the drawings illustrated and explained in the following exemplary embodiments of the invention Pig. 1 shows a longitudinal section through a rectifying column, for example can serve to separate light and heavy water, while FIG Cross @ ch @ itt through the column along the section line II - II of FIG. 1 shows.
In Pig. 3 sind perspektivisch die einzelnen Lamellen eines ale Füllkörper dienenden Packungakörpers dargestellt. In Pig. 3 is a perspective view of the individual lamellae of ale filler body Serving packing body shown.
Die Fig 4 zeigt einen Ausschnitt einer Rektifizierkolonne, bei der zwischen zwei Stoffaustauschabschnitten ein Mischraum angeordnet ist. 4 shows a section of a rectifying column in which a mixing space is arranged between two mass transfer sections.
Die in der Fig. 1 dargestellte Rektifizierkolonne 1 besitzt einen quadratischen Querschnitt (vgl. Fig. 2) und dient zur Durchführung einer Blasenrektifikation. Das zu rektifizierende Gemisch befindet sich im Bodenteil der Kolonne und wird mittels einer Heizungseinrichtung, von der die Heizspirale 2 dargestellt ist, verdampft Das dampfförmige Gemisch durchströmt den erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffaustauschteil 3 der Kolonnen, der im folgenden noch näher erläutert wird, und tritt hierin mit der die Strömungskanäle 4 herabströmenden Flüssigkeit in Stoffaustausch. Das dampfförmige Kopfprodukt, bei Rektifikation die leichter flüchtige Komponente des Gemisches, verläßt die Kolonne durch eine Leitung 5 und wird in einem Rücklaufkondensator 6 verflüssigt. Ein Teil des Kondensates wird durch eine Leitung 7 in den Kopfteil 8 der Kolonne als Rücklauf zurückgeführt, während ein anderer Teil des Kondensates über eine Leitung 9 entnommen werden kann Aus dem Kopfteil 8 wird der Rücklauf dosiert, z,B. über eine aus Kapillaren 10 bestehende Verteilvorrichtung auf den Querschnitt der-einzelnen Strömungskanäle aufgegeben. The rectifying column 1 shown in FIG. 1 has a square cross-section (see. Fig. 2) and is used to carry out a bubble rectification. The mixture to be rectified is located in the bottom part of the column and is by means of a heating device, of which the heating coil 2 is shown, evaporates The vaporous mixture flows through the mass transfer part designed according to the invention 3 of the columns, which will be explained in more detail below, and joins here of the flow channels 4 flowing down liquid in mass transfer. The vaporous top product, in the case of rectification the more volatile component of the mixture, leaves the column through a line 5 and is in a reflux condenser 6 liquefied. A part of the condensate is through a line 7 in the head part 8 returned to the column as reflux, while another part of the condensate can be withdrawn via a line 9 The return flow is metered from the head part 8, z, B. via a distribution device consisting of capillaries 10 on the cross-section of the individual flow channels abandoned.
Der Stoffaustauschteil wird von einem Einbauelement 11 mit wabenförmiger Struktur gebildet, wobei die die Strömungskanäle 4 bildenden Waben quadratisch sind und die Wabenwände Offnungen 12 aufweisen, deren Verteilung und Anzahl so gewählt sind, daß eine gleichmäßige Verteilung des daLlpfförmigen Mittels über den Kolonnenquerschnitt erfolgen kann0 Bei einem Öffnungsdurchmesser von einigen Millimetern, z.B. 2 mm, wird vermieden, daß sich die Offnungen mit Flüssigkeit vollsaugen können, was in diesem Fall einen Gasdurchtritt verhindern, zumindest erschweren würde. The mass transfer part is a built-in element 11 with a honeycomb Structure formed, the honeycombs forming the flow channels 4 being square and the honeycomb walls have openings 12, the distribution and number of which are selected in this way are that a uniform distribution of the cup-shaped agent over the column cross-section 0 with an opening diameter of a few millimeters, e.g. 2 mm, this prevents the openings from being soaked with liquid, which in in this case would prevent gas penetration, or at least make it more difficult.
Das Einbauelement kann aus Blech, aber auch aus einem anderen Material, wie z.B. Kunststoff, bestehen. In den die Strörungskanäle bildenden Waben sind als Füllkörper Packungskörper 13 übereinander angeordnet, deren Abmessungen den querscinitt der Waben angepaßt sind. Die Packungskörper bestehen im Ausführungsbeispiel, wie in -Fig. 3 perspektivisch dargestellt wird, aus geriffelten Lamellen 14, die einander berühren, wobei die Riffelungen von benachbarten Lamellen verschiedene Richtungen haben. Die Packungskörper, deren Lamellen zur Herbeiführung einer guten Gasverteilung über den Querscirnitt des Packungskörpers gelocht ssld und die aus Metall, aus Kunststoff, vorzugsweise aus einen selbsbethetzenden Haserial mit Gewebestruktur, ausgeführt werden, weisen außer einem geringen Druckabfall eine sehr gute Verteilwirkung der in Kontakt miteinander zu bringenden Flüssigkeit und dem dampfförmigen Mittel auf, wodurch eine hohe Bodenzahl erreicht wird und somit die Kolonnenhöhe reduziert werden kann. In konstruktiver Hinsicht sind die Fackungskörper außerdem einfach herstellbar. The built-in element can be made of sheet metal, but also of another material, such as plastic. In the honeycombs forming the disturbance channels are as Packing body packing body 13 arranged one above the other, the dimensions of which correspond to the querscinitt the honeycombs are adapted. The packing bodies exist in the exemplary embodiment, such as in -Fig. 3 is shown in perspective, of corrugated lamellae 14, which one another touch, with the corrugations of adjacent lamellas in different directions to have. The packing bodies, their lamellae to bring about a good gas distribution Perforated across the cross section of the packing body and those made of metal, plastic, preferably made of a self-setting Haserial with a fabric structure be wise except one low pressure drop a very good distribution effect the liquid to be brought into contact with one another and the vaporous agent on, whereby a high number of plates is achieved and thus the column height is reduced can be. In addition, from a structural point of view, the packing bodies are simple manufacturable.
Wie experimentelle Ergebnisse zeigen, kann der Durchmesser eines derartigen Packungskörpers unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der angegebenen guten Sigenschaften nicht beliebig groß gemacht werden. Wenn z.B. eine Kolonne mit einem Durchmesser von 100 cm von Packungskörpern mit gleichen Abmessungen aufgefüllt wird, so zeigen diese Packungskörper nicht mehr eine ausreichend gute Verteilwirkung der Flüssigkeit, so daß die mit der Erfindung angestrebten Ziele nicht mehr erreicht werden. Teilt man hingegen eine Kolonne von einem Durchmesser von 100 cm in 25 bis 100 Strömungskanäle auf, so daß zur Auffüllung der Kanäle Packungskörper von 10 bis 20 cm Durchmesser erforderlich werden, wird bei gleichmäßiger Aufgabe der Plüssigkeit am Kopf der Kolonne auf die Querschnitte der die Kanäle füllenden Paokungskörper erreicht, daß die Flüssigkeit die Kolonne in senkrechter Richtung von oben nach unten durchströmt, wobei sie sich über das Volumen der einzelnen Packungskörper gleichmäß<gm verteilt und vermischt, ohne jedoch durch die Bergrenzungswände der Kanäle hindurchzuströmen. As experimental results show, the diameter of a such packing body while maintaining the specified good properties cannot be made arbitrarily large. For example, if a column with a diameter of 100 cm filled with packing bodies with the same dimensions is, these packing bodies no longer show a sufficiently good distribution effect of the liquid, so that the aim of the invention is no longer achieved will. If, on the other hand, a column with a diameter of 100 cm is divided into 25 to 100 flow channels, so that packing bodies of 10 A diameter of up to 20 cm is required if the liquid is applied evenly at the top of the column on the cross-sections of the Paokung bodies filling the channels achieves that the liquid up the column in a vertical direction flows through below, whereby it extends over the volume of the individual packing bodies evenly <gm distributed and mixed without, however, through the boundary walls of the channels to flow through.
Wie aus den Fig. 1 und 2 des Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, sind die Packungskörper hinsichtlich der Richtung ihrer Lamellen gegeneinander um 90° versetzt angeordnet, um die Verteilwirkung der Flüssigkeit über den Querschnitt der einzelnen Kanäle weiter zu verbessern. In den Big. 1 und 2 sind Einfachheits halber nur die Richtungen der Lamellenebenen angegeben, während tatsächlich die lamellen, wie aus Fig. 3 hervorgeht, geriffelt sind. As can be seen from FIGS. 1 and 2 of the exemplary embodiment, the packing bodies are in relation to one another with regard to the direction of their lamellae 90 ° offset to ensure the distribution effect of the liquid over the cross-section to further improve the individual channels. In the big. 1 and 2 are simplicity only the directions of the lamellar planes are given, while actually the lamellae, as can be seen from Fig. 3, are corrugated.
Das im Bodenteil der Kolonne verdampfte Gemisch, das die gotonne von unten nach oben durchsetzt, kann sich Jedoch auf Grund der in den Wabenwänden angeordneten Öffnungen über den gesamten Kolonnenquerschnitt verteilen. The mixture evaporated in the bottom part of the column, which is the gotonne penetrated from bottom to top, however, can be due to the in distribute the openings arranged in the honeycomb walls over the entire cross-section of the column.
In konstruktiver Hinsicht wird die Herstellung des in den Zeichnungen dargestellten Stoffaustauschteiles äußerst einfach. From a structural point of view, the manufacture of the in the drawings shown mass transfer part extremely simple.
Zweckmäßig kann zunächst eine vertikale Lage der Waben hergestellt und in diese die Packungskörper eingelegt werden, sodann wird die nächsteLage an die erste angefügt, beispielsweise bei Metallstruktur angeschweißt. Nun wird die nächste Schicht Packungskörper eingelegt und so fort. Bei Verwendung anderer Füllkörper, beispielsweise Raschig-Ringe, werden hingegen die Füllkörper in die fertige, in die Kolonne eingefügte Wabenstruktur eingefüllt.A vertical position of the honeycombs can expediently first be established and the packing bodies are inserted into this, then the next layer is on the first is attached, for example welded on in the case of a metal structure. Now the next layer of packing body inserted and so on. When using other packing, For example, Raschig rings, on the other hand, the fillers are inserted into the finished, in the column filled honeycomb structure.
In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einer Stoffaustauschkolonne 20, beispielsweise einer Rektifizierkolonne, dargestellt, in der das zu rektifizierende dampfförmige Gemisch in einen Zwischenraum 21 zwischen zwei erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffaustauschabschnitten 22 und 23 über eine Leitung 24 in die Kolonne eingespeist wird. Die Stoffaustauschabschnitte sind hierbei analog der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ausgebildet. i.h. aie EinbauXelemente besitzen einen quadratischen Querschnitt, der in diesem Fall allerdings nicht mit dem Querschnitt des Kolonnenmantels übereinstimmt. Die Einbauelemente sind am Kolonnenmantel 25 befestigt. In Fig. 4 is a section from a mass transfer column 20, For example, a rectifying column, shown in which the to be rectified vapor mixture in an intermediate space 21 between two formed according to the invention Mass transfer sections 22 and 23 fed into the column via a line 24 will. The mass transfer sections are here analogous to those shown in FIGS. 1 and 2 Embodiment formed. i.h. The built-in elements have a square Cross-section, which in this case does not match the cross-section of the column jacket matches. The built-in elements are attached to the column jacket 25.
Grundsätzlich kann der Stoffaustauschteil einer Kolonne in nehrere, durch freie Zwischenräume voneinander getrennte Austauschbeschnitte unterteilt aein. In den Zwischenräumen kann dann eine zusätzliche Vermischung des dampfförmigen Mittels erfolgen, wobei vorteilhaft die mit ihrer Oberseite an einen Zwischenraum angrenzenden Packungskörper derart ausgebildet sind, daß zwischen je zwei geriffelten Lamellen eine ungeriffelte lamelle angeordiet ist. Hierdurch wird der in den Zwischenraum austretenden Ströung des Dampfes eine seitliche Komponente aufgezwungen und die Mischung der aus den einzelnen Kanälen austretenden Dampf ströme durch eine Verwirbelung verbessert. In principle, the mass transfer part of a column can be divided into several Exchange cuts separated from one another by free spaces aein. Additional mixing of the vaporous agent can then take place in the interstices take place, advantageously those adjoining an intermediate space with their upper side Packing body are designed such that between two corrugated lamellae a non-corrugated lamella is arranged. This will put the into the space exiting steam flow imposed a lateral component and the mixture the steam emerging from the individual channels flows through a turbulence improved.
Durch eine zackenföruige Ausbildung der Unterseite der Lamellen der an einen Zwischenraum angrenzenden Packungskörper wird errreicht, daß die Flüssigkeit in gleichnäßigerVerteilung durch den Zwischenraum auf den Querschnitt der Packungskörper in den darunter befindlichen Strömungskanälen aufgegeben wird. Due to the jagged formation of the underside of the lamellae a packing body adjoining a gap is achieved that the liquid evenly distributed through the space on the cross-section of the packing body is abandoned in the underlying flow channels.
In denjenigen Fällen, wo Füllkörper anderer Art, wie z BO Raschig-Ringe, verwendet werden, wird zwickmäßig jeder Stoffaustauschabschnitt an seiner oberen Seite mit einem Rost mit schräggestellten Leitelementen abgedeckt. An ihrer Unterseite sind die Stoffaustauschabschnitte in diesem Fall von einem Tragrost abgeschlossen, der zweckmäßig derart ausgebildet ist, daß eine gleichmäßige Flüssigkeitsaufgabe auf die unterhalb des Zwischenraumes sich befindenden Querschnitte der Strömungskanäle erfolgt. In those cases where packing of another type, such as BO Raschig rings, are used, each mass transfer section is tweaked at its upper Side covered with a grate with inclined guide elements. At their bottom In this case, the mass transfer sections are closed off by a supporting grid, which is expediently designed in such a way that a uniform liquid feed on the cross-sections of the flow channels located below the intermediate space he follows.
Claims (6)
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Cited By (1)
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Families Citing this family (3)
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- 1964-03-19 GB GB1171664A patent/GB1013777A/en not_active Expired
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|---|---|---|---|---|
| EP0154011A1 (en) * | 1984-03-02 | 1985-09-11 | INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Catalyst arrangement consisting of many ordered catalyst carrier bodies |
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Legal Events
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