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Stoffaustauschapparat
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Chemie-Apparatebaus
und insbesondere auf Stoffaustauschbodenapparate.
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Die Erfindung eignet sich für die Durchführung von Rektifikat%ons-,
Destillations- und Absorbtionsprozessen in Bodenkolonnen.
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In der chemischen Technologie der Inaustrieländer der Welt werden
Bodenapparate bei der Trennung von Gasge mischen zu Komponenten durch Stoffaustausch
zwischen Flüssigkeit und Gas, die auf den Böden in Kontakt stehen, weitgehend eingesetzt.
Bei einer niedrigen relativen Flüchtigkeit der Komponente kann die Höhe der Stoffaustauschapparate
ve gen einer grossen Bodenzahl, die erforderlich ist, um die vorgegebene Trenngüte
des Ausgangssemisches zu erreichen, mehrere Dutzend von metern betrabenv
Im
Zusammenhang damit ist die Schaffung von Bodenkolonnen neuer Art , die den bekannten
Kolonnen gegenüber kleinere Abmessunben und einen geringeren LetallauS-wand aufweisen,
zum aktuellen Problem geworden.
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Heutzutage sind eine Vielzahl von 3odenausführungen be kannt,-bei
denen der Phasenberührungsteil aus einem gelochten Blech oder einem Metall- oder
Kapronsieb hergestellt ist, wobei die Phasenberührungsteile auf benachbarten Boden
übereinander angeordnet sind. Der abstand zwischen den Böden in einer solchen Ausführung
wird durch die Höhe der Gasflüssigkeitsschicht in der Durchsprudelungszone sowie
durch die Höhe des Abscheicungsraumes über der Schaum~ schicht, durch die das itreissen
der Flüssigkeit auf den höherliegenden Boden ausgeschlossen ist, bestimmt.
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Der Nachteil solcher Fäden besteht darin, dass der Bodenabstand und
die gesamte Höhe des apparates nicht verringert werden können, ohne Verschlechterung
der brenn wirksamkeit wegen des Mitreissens der Flüssigkeit aus dem Zwischenbodenraum.
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Es ist ein Bodenapparat zur Durchführung von Stoff austauschprozessen
bekannt, der ein Gehäuse und Phasenbe rührungselemente mit Prallblechen enthalt,
die als Blech mit abgebogenen Dampfdüsen ausgebildet sind.
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Der Nachteil dieses Apparates ist eine niedrige Wirksamkeit der hbscheidung
des Gases von der Flüssigkeit im Zwischenbodenraum.
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Es ist ein weiterer Stoffaustauschapparat bekannt, der ein Gehause
enthält, das höhenmässig durch Phasenbenührungsböden unterteilt ist, die aus sich
abwechselnden gelochten und vollen Sektoren bestehen.
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Der Nachteil des bekannten Apparates ist darin zu sehen, dass bei
einer Verminderung des Bodenabstandes aer am schlitziormlgen Spalt über dem Äblaufwahr
durch~ gehende Gasstrom einen Teil der in ihm enthaltenen Flü'ssigkeitstropfen in
die Löcher des gelochten Sektors des höherliegenden Bodens mitreisst, so dass die
Wirk samkeit das Stoffaustausches schroff herabgesetzt wird.
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Zweck der vorliegenden erfindung ist es, den AuSbau der Rolonnenböden
vom Durchsprudalungstyp derart zu verbessern, dass: - der Bodenabstand durch Bewirken
der Gas-Flüssigkeits-Trennung im Zwischenbodanraum verringert werden kann, - die
Wirksamkeit des Stoffaustausches durch Bildung einer zusätzlichen Phasenberührungszone
über und hinter dem Äblaufwehr erhöht werden kann.
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Diese rufgabe wird dadurch gelost, aass in einem Stoffaustauschapparat,
enthaltend ein senkrechtes zylindrisches Gehäuse, das hohanmässig durch Pnasenberührungsböden
unterteilt ist, die überläufe, Äblaufwehre und sich abwechselnde gelochte und volle
Sektoren aufweisen, wobei diese Sektoren auf den benachbarten Böden ùbereinander
angeordnet sind, erfindungsgemäss unterhalb eines jeden Bodens zwischen den gelochten
und den vollen Sektoren Trennwände angebracht sind,die jeweils nach der Seite das
gelochten Sektors hin geneigt sind.
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Bei einem derartigen Stoffaustauschapparat ist der Bodenabstand von
der Höhe der zoveiphasigen Schicht auf dem gelochten Sektor nicht abhängig und lässt
sich dank der wirkungsvollen Phasentrennung im Zwischenbodenraqum bis auf einen
lJmdestwert, der sich aus der Uberflutungsbedingung der Uberläufe ergibt, bringen.
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Im nachfolgenden wird die Erfindung an Rand von Ausführungsbeispielen
mit linvJeisen auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig.
1 einen Längsschnitt durch einen Stoffaustausch apparat mit einem gelochten Sektor
auf jedem Boden, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Boden mit einem gelochten Sektor,
Fig. 3 das Schema der Gas- und Fltissigkeitsstromwege auf den Böden des Stoffaustatauschapparates,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Stoffaustauschapparat mit zwei gelochten Sektoren
auf jedem Boden, Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Boden mit zwei gelochten Sektoren,
Fig. 6 das Schema der Gas- und Flüssigkeitsstromwege auf Böden mit zwei gelochten
Sektoren, Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Stoffaustauschapparat mit drei gelochten
Sektoren auf jedem Boden, Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Boden mit drei gelochten
Sektoren, Fig. 9 das Schema der Gas- und Flüssigkeitsstomwege auf Böden mit drei
gelochten Sektoren.
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Der erfindungsgemasse Stoffaustauschapparat (Fig. 1 2) weist ein
zylindrisches Gehäuse 1 auf, innerhalb dessen höhenmässig Böden 2 mit überläufen
3 übereInander an geordnet sind Die Böden 2 bestehen aus abwechselnd angeordneten
gelochten 4 und vollen Sektoren 5, zwischen denennäch unten geneigte Trennwände
6 angebracht sind. Oberhalb des Bodens 2 ist an der StopsWelle des gelochten 4 und
des vollen Sektors 5 ein Ablaufwehr 7 vorgesehen. Die Böden 2 werden im Gehäuse
1 des Stoffaustauschapparates derart untergebracht, dass im Bereich von zwei benachbarten
Böden je,ils de gelochte 4 und der volle Sektor 5 übereinander zu liegen kommen.
Der in Fig. 1 , 2 dargestellte Stoffauftauschaparat arbeitet folgendermaßen: Die
am Boden 2 zulauf ende Flüssigkeit kommt auf dem gelochten Sektor 4 mit dem Gas
in Beruhrung, wonach der Gas-Flüssigkeitsstrom durch einen durch die geneigte
Trennwand
6 und das Ablaufwehr 7 gebildeten profilierten Kanal fliesst und gegen Gen vollen
Sektor 5 geschleudert iird. In Fig. 3 ist der Flüssigkeitsstromweg mit einer ausgezogenen
Linie angedeutet. Die Flüssigkeitstropfen auf dem vollen Sektor 5 koagulieren und
fliesen in den ueberlauf 3 ab (Fig. 1, 2), während das Gas nach oben steigt und
durch die Löcher des gelochten Sektors 4 des höherliegenden Bodens 2 entweicht.
Die Strömungsrichtung des Gases auf den Röden 2 des Stoffaustauschapparates ist
in Fig. 3 mit einer gestrichelten Linie angedeutet.
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Um die Durchsatzfähigkeit des apparates in bezug auf die Flüssigkeit
und das Gas zu erhöhen, ist es zvjeckmässig, den Uberlaufumfang und die Durchtrittsfläche
für den Gasflüssigkeitsstrom über den Äblaufwehren maximal zu vergrössern. Diesem
Zweck dienen die in Fig. 4,5 und Fig. 7, 8 dargestellten Abänderungen des Stoffaustauschapparates.
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Der grundsätzliche Unterschied zwischen dem Stoffaustauschapparat
gemäss Fig. 4,5 und dem in Fig 1, 2 dargestellten besteht darin, dass die benachbarten
Böden 8 und 9 eine ungleiche Zahl von Uberläufen 10 und 11 haben.
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Der uoerlauf 10 einesBodens 8 ist in Form eines rechtwinkligen Kastens
ausgebildet und in der Mitte eines gelochten Sektors 12 angeordnet, während sich
zwei Uberläufe 11 eines Bodens 9 am Rande von vollen Sektoren 13 und 14 befinden.
Die Böden 8 und 9 sind mit zwei gelochten Sektoren 15 und 16 und zwei geneigten
Trennwäanden 17 ausgestattet.
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Der in Fig 4,5 dargestellte Stoffaustauschapparat arbeitet folgendermassea:Der
aus dem mittleren Uberlauf 10 des Bodens 8 zulaufende Flüssigkeitsstrom wird in
zwei Teilströme geteilt,vcn denen jeder auf die gelochten Sektoren 15 gelangt und
mit dem durch die Löcher des Bodens 9 durchtretenden Gas in Wechselwirkung kommt.
Mit Hilfe der geneigten Trennwände 17 des Bodens 8 v!ird der Flüssigkeitsstrom gegen
die vollen Sektoren 13 und 14 geschleudert.
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Debei fliesen die Flüssigkeitstropfen über die vollen Sektoren 13
und 14 in die überläufe 11 ab, während das Gas aufsteigt und durch die Löcher der
gelochten Sektoren 15 des höherliegenden Bodens 8 entweicht. Die Gas- und Flüssig
keltsstromwege
auf den Boden 8 und 9 des Stoffaustauschapparates sind in Fig. 6 entsprechend mit
einer gestrichelten ausgezogenen Linie angedeutet. Die Böden 8,9 des Stoffaustauschapparates
(Fig. 4,5) haben Uberläufe mit einem erweiterten Äblaufümfang und gegenüber den
Böden 2 der Fig. 1, 2 eine grössere Gadurchtrittsfläche unter den geneigten Trennwänden
17 und somit eine höhere gas- und flüssigkeitsbezogene Durchsatzfäyhigkeit.
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Die Abänderung eines hochleistungsfähigeren Stoffaustauschapparates
ist in Fig. 7,8 wiedergegeben. Der Boden 18 des Stoffaustauschapparates hat zwei
Uberlufe, und zwar einen mittleren rechtwinkligen Ueberlauf 19 und einen segmentalen
Randüberlauf 20. Der Uberlauf 19 ist in der Bitte eines vollen Sektors 21, der ueberlauf
20 am Rande eines vollen Sektors 22 angeordnet. Der Boden 18 hat drei gelochte Sektoren
23, 24 und 25.
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An den Stopstellen der gelochten und der vollen Sektoren sind unterhalb
des Bodens 18 geneigte Trennwände 26, 27 und 28 angebracht.
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Der Stoffaustauschapparat arbeitet folgendermassen: Der gesamte Flüssigkeitsstrom
kommt gleichzeitig in die Uberläufe 19 und 20, wonach die Fltissigkeit aus dem Ueber
lauf 20 auf den gelochten Sektor 23 gelangt und mit dem durch die Löcher des gelochten
Sektors 23 durchtretenden Gas in Berührung kommt. Der beim Durchsprudeln von Gas
durch die Flüssigkeit entstehende zweiphasige Strom wird mittels der geneigten Trennwand
28 gegen den vollen Sektor 21 geschleudert und die vom Gas abgeschiedene Flüssig
keit fliesst in den Ueberlauf 19 auf den tieferliegenden Boden ab. Die Flüssigkeit
aus dem mittleren Ueberlauf 19 wird in zwei Teilströme geteilt und fliesst den gelochten
Sektoren 24 und 25 zu, wo sie mit dem durch die Löcher dieser Sektoren durchtretenden
Gasstrom in Wechselwirkung kommt. Der zweiphasige Strom wird auf den vollen Sektoren
21 und 22 getrennt, wonach das Gas zu den Löchern des höherliegenden Bodens aufsteigt
und die Flüssigkeit in die Uberläufe 19 und 20 abfliesst. Die Gas- und Flüssigkeits
stromwege auf den Böden I8 sind in Fig. 9 entsprechend mit einer gestrichelten und
ausgezogenen Linie angedeutet.
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Die erfindtrngsgemässen Auführungen der Stoffaustauschapparte gestatten
es, im Vergleich zu den besten Mustern der analogen Ausrüstung den Bodenabstand
bis auf 30 bis 40 mm zu verkürzen und dadurch die Stoffaustauschapparate kompakter
zu gestalten sowie die Wirksamkeit des Stoffaustausches auf den Böden sowohl durch
ein vermindertes Litreissen der Flüssigkeit, als auch durch die Bildung einer zusätzlichen
Phasenberührungszone im pr&filierten Kanal unter der geneigten Trennwand und
an dessen Ausgang zu erhöhen.