DE835296C

DE835296C - Device for mixing and separating countercurrent media

Info

Publication number: DE835296C
Application number: DEP5262A
Authority: DE
Inventors: Dr Ernst Peukert
Original assignee: ERNST PEUKERT DR
Current assignee: ERNST PEUKERT DR
Priority date: 1947-06-30
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-03-31

Description

Vorrichtung zur Durchmischung und Trennung von gegenströmenden Medien Die Erfindung bezieht sidh auf eine Vorrichtung zur Durchmischung und Trennung von gegenströmenden Medien, vorzugsweise unter Wärmeaustausch. Device for mixing and separating countercurrent media The invention relates to a device for mixing and separating countercurrent media, preferably with heat exchange.

Es gibt in der Technik zahlreiche Fälle, in denen zwei Medien im Gegenstrom zueinander geführt werden, sei es, um die Wärme des Mediums von höheren Temperaturen atif das Medium von tieferen Temperaturen zu übertragen, sei es, um aus dem einen Medium mit Hilfe des anderen Mediums einzelne Bestandteile herauszulösen. In allen diesen Fällen ist es von Wichtigkeit, daß die beiden Medien gut miteinander durchmischt, aber nach erfolgter Durchmischung ebensogut voneinander getrennt werden. Der klassische Fall ist der Wärmeaustausch zwischen einer heißen Flüssigkeit und einem kalten Gas durch Führung beider Medien im Gegenstrom, wobei es zum Zwedk des guten Wärmeaustausches notwendig ist, beide Medien möglichst innig miteinander zu vermischen, aber zur Erzielung eines reinen Gases und einer sauberen Flüssigkeit beide Medien nach erfolgter Durchmischung und Wärmeaustausch möglichst gut voneinander zu scheiden. Dieser Fall kommt beispielsweise in Ider Kohlehydrierung vor, Ibei der das frisch eingeführte Hydrierungsgas durch den Abschlamm erwärmt wird, während gleichzeitig der Abschlamm abgekühlt wird. Hierbei ist es erwünscht, daß durch das aufwärts strömende Hydrierungsgas möglichst wenig von dem Abschlamm mitgerissen wird. There are numerous instances in the art where two media are im Countercurrent flow to each other, be it to the heat of the medium from higher Temperatures atif the medium of lower temperatures to transfer, be it to to extract individual components from one medium with the help of the other medium. In all of these cases it is important that the two media work well with one another mixed, but separated just as well after mixing. The classic case is the heat exchange between a hot liquid and a cold gas by guiding both media in countercurrent, whereby it becomes the Zwedk des good heat exchange is necessary, both media as intimately as possible mix, but to obtain a pure gas and a clean liquid Both media after thorough mixing and heat exchange as well as possible from one another to divorce. This case occurs, for example, in the hydrogenation of carbohydrates, Ibei which the freshly introduced hydrogenation gas is heated by the blowdown while at the same time the blowdown is cooled down. It is desirable that the upwardly flowing hydrogenation gas is entrained as little as possible by the sludge will.

Die Erfindung ist aber auch geeignet zur innigen Durchwirbelung und Trennung von gegenströmenden, miteinander selbstverständlich nicht misdhbaren Flüssigkeiten oder von festen Stoffen und ihnen entgegengeführten Gasen od'er Flüssigkeiten. But the invention is also suitable for intimate Vortex and separation of opposing currents, which of course cannot be misunderstood Liquids or solid substances and gases or liquids counteracting them.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gefäß, durch das die Medien einander entgegenströmen, ausgesparte Boden, z. B. Schkannenbleche, abwechselnd an gegenüberliegenden Wandlungen des Gefäßes wbereinander angebracht sind. Die Böden müssen sich so stark überlagern und so weit einseitig ausgespart sein, daß die Medien gezwungen werden, einen Zickzackweg durch den Gefäß raum zu nehmen, wobei an den Aussparungen die Mischung zwischen den Böden die Trennung der Medien erfolgt. Es ist hierbei zweckmäßig, die Böden an den vorderen Kanten der Aussparung nach unten umzubiegen, um die Trennräume zwischen den Böden und die Mischräume an den Aussparungen besser voneinander zu trennen. Ferner ist es zweckmäßig, die umgebogenen vorderen Kanten durchbrochen zu gestalten, z. B. kammartig mit Zähnen auszubilden. The device according to the invention is characterized in that recessed bottom in the vessel through which the media flow towards each other, z. B. Schkannenbleche, alternately on opposite walls of the vessel are attached one above the other. The floors have to overlap so strongly and so far be left unilaterally so that the media are forced to zigzag through to take the vessel space, with the mixture between the bottoms at the recesses the media are separated. It is useful here to put the floors at the front Bend down the edges of the recess to create the spaces between the floors and to better separate the mixing spaces from one another at the recesses. Furthermore is it is useful to make the bent front edges perforated, for. B. to be formed like a comb with teeth.

Fig. I zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt in Richtung A-B der Fig. 1, Fig. 3 zeigt d!ie Vorderansicht der gezahnten Vorderkanten in Pfeilrichtung P. Fig. I shows a device according to the invention in longitudinal section, Fig. 2 shows a cross section in the direction A-B of Fig. 1, Fig. 3 shows the front view the toothed front edges in the direction of arrow P.

Es ist daraus ersichtlich, daß im Miscllungs und Trennungsgefäß sechs waagerechte Schikaneneinsätze angebracht sind, die abwechselnd an den gegenüberliegenden Wandungen übereinander angeordnet sind und eine Aussparung auf der einen Seite tragen. Die Vorderkante der Schikaneneinsätze ist nach unten abgebogen und gezahnt. It can be seen that there are six in the mixing and separation vessel horizontal baffle inserts are attached, which alternate on the opposite Walls are arranged one above the other and have a recess on one side. The front edge of the baffle inserts is bent down and serrated.

Durch diese Vorrichtung, in die von unten bei b Gas, voll oben bei a Flüssigkeit eingeführt wird, wird eine innige Berührung der beiden Medien, gegebenenfalls, soweit ihre Temperaturen verschieden sind, unter gutem Wärmeaustausch erzielt und gleichzeitig jedes Mitreißen der Flüssigkeit durch das Gas verhindert. Durch die abgebogenen Vorderkanten werden Gas räumte geschaffen, in denen das Gas in Querströmung mit verminderter Geschwindigkeit über die entgegenströmende Flüssigkeit derart streicht, daß beide Medien sich nur an der Flüssigkeitsoberflädhe berühren. Durch die Zahnung wird eine besonders gute Gasverteilung an den Übertrittsstellen der Schikanen erreicht. Through this device, in the from below at b gas, full above at a liquid is introduced, an intimate contact of the two media, if necessary, as far as their temperatures are different, achieved with good heat exchange and at the same time prevents any entrainment of the liquid by the gas. Through the Bent leading edges are created gas evacuated, in which the gas in cross flow sweeps over the counter-flowing liquid at reduced speed in such a way that that both media only touch at the liquid surface. Through the teeth a particularly good gas distribution is achieved at the crossing points of the baffles.

Gas und Flüssigkeit werden an diesen Vorderkanten lleftfg durchmischt und trennen sich wieder @ei ilhrer Querströmung zwischen den Blechen.Gas and liquid are mixed through at these leading edges and separate again @ei your cross flow between the sheets.

Wird die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ausreichend hoch und die des Gases nicht zu hoch gewählt, so wird das Zurückreißen der Flüssigkeit in dem darüberliegenden Mischraum verhindert. Sechs Mischräume an den Aussparungen der Schikanenbleche weden auf diese Weise durch sechs Beruhigungsräume zwischen den Blechen getrennt, in denen Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom über- und aneinande vorbeifließen. die Fig. 4. 5 und 6 zeigen eine im Prinzip gleichwirkende Vorrichtung, bei der jedoch die Schikanenbleche schräg gestellt sind. außerdem sind die Bleche mit Bdhrlödhern f (Fig. 5) versehen. Diese Ausführungsform ist für die Durchmischung und Trennung von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, z. B. den Abschlamm der Sumpfphase der Kohlehydrierung, oder auch festen Medien einerseits mit Gas andererseits besonders geeignet. Die Schrägstellung der Bleche verhindert das Absetzen schwerer Feststoffteile auf den Blechen. Die Löcher dienen dem Durchgang eines Teils des aufströmenden Gases und erschweren ebenfalls das Absetzen von Feststoffen.The flow velocity of the liquid becomes sufficiently high and that of the gas is not chosen too high, the liquid will tear back in the mixing room above. Six mixing rooms at the recesses the baffle plates are in this way through six calming spaces between separated from the metal sheets, in which gas and liquid flow over and against each other in countercurrent flow by. FIGS. 4, 5 and 6 show a device which in principle has the same effect, in which, however, the baffle plates are inclined. besides are the sheets provided with Bdhrlödhern f (Fig. 5). This embodiment is for mixing and separation of liquids containing solids, e.g. B. the sludge of the The sump phase of carbohydrate hydrogenation, or solid media on the one hand with gas on the other particularly suitable. The inclined position of the sheets prevents it from being set down heavily Solid particles on the sheets. The holes are used for the passage of part of the upflowing gas and also make it difficult for solids to settle.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtulig läßt sich an den beiden Beispielen der Fig. 1 bis 3 (Beispiel 2) und der Fig. 4 bis 6 (Beispiel 3) im Vergleich zu einer bekannten Durchmischungsvorrichtung nach Fig. 7 (Beispiel 4) zeigen. Fig. 7 stellt einen mit Füllkörl-ern gefüllten Abscheider dar. Als Versuchsmedien wurden Wassermengen von 3 bis 20 m³/h von oben bei a in die Gefäße eingeführt und Luftmengen von 30 bis 100m³/h von unten bei b in die Gefäße eingeleitet. Zur Ermittlung der von der ausftrömenden Luft zurüdkgerissenen Wassermengen wurde unter dem untersten Schikannenblech bzw. unter der Füllkörperfüllung jeweils 1--ei g eine in die Einfülltrichter d gefüllte abemessene Menge 10%iger Natronlauge eingeführt und der Xa G H-Gehalt des Wassers über den darüberliegenden Schikanenblechen bzw. in den Füllkörpern und darüber untersucht. e1 bis e4 bezeichnen die Entnahmestellen für die Proben. The effect of the device according to the invention can be seen in the two Examples of FIGS. 1 to 3 (example 2) and FIGS. 4 to 6 (example 3) in comparison show a known mixing device according to FIG. 7 (example 4). Fig. 7 shows a separator filled with filler grains. The test media used were Water quantities of 3 to 20 m³ / h introduced into the vessels from above at a and air quantities from 30 to 100m³ / h introduced into the vessels from below at b. To determine the Amounts of water torn back by the outflowing air became under the lowest Schikannenblech or under the filler filling each 1 - egg g one in the filling funnel d filled, measured amount of 10% sodium hydroxide solution and the Xa G H content of the water over the overlying baffle plates or in the packing and investigated about it. e1 to e4 designate the sampling points for the samples.

Die Wirkung die Füllkörpergefäßes nach Fig. 7 in Abhängigkeit von der Füllkörperhöhe, dem Wasserzustz und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft ist aus den Tabelle I und I a ersichtlich. The effect of the packing vessel according to FIG. 7 as a function of the packing height, the water addition and the flow velocity of the air can be seen from Tables I and I a.

Tabelle 1 (Beispiel I) H2O % zurückgerissenes H2O Füllkörper- Luft Zusatz an Probeentnahmestelle höhe m³h m³ h 1 2 3 4 Im 5 45 uo | | 100 - 10 45 16 100 2 m 5 45 9 27 45 100 - 100 15 50 70 100 - 15 45 7 23 35 100 Tabelle 1 a (Beispiel I) H2O- % zurückgerissenes H2O Füllkörper Luft Zustatz an Probeentnahmestelle höhe m@ h m³ h 1 2 3 4 1 m 3 40 21 100 3 100 45 100 2 m 3 40 12 31 48 100 - 3 100 18 55 75 100 - 10 40 10 25 36 100 - 10 100 13 48 65 100 - 20 100 7 22 34 100 Die Talxllen zeigen, daß das Mitreißen von Flüssigkeit durCh Füllkörpereinsätze nicht verhindert werden kann. Im günstigsten Fall, nämlich bei 20m³/h Wasserzusatz und 100 m³/h Luftdurchsatz, werden bei Anwendung einer 2 m hohen Füllkörperschicht immer noch 7% Wasser in den oberen Raum zurückgetragen.Table 1 (Example I) H2O% withdrawn H2O Packing air Addition at the sampling point height m³h m³ h 1 2 3 4 In 5 45 uo | | 100 - 10 45 16 100 2 m 5 45 9 27 45 100 - 100 15 50 70 100 - 15 45 7 23 35 100 Table 1 a (Example I) H2O-% withdrawn H2O Packing air Extra at the sampling point height m @ h m³ h 1 2 3 4 1 m 3 40 21 100 3 100 45 100 2 m 3 40 12 31 48 100 - 3 100 18 55 75 100 - 10 40 10 25 36 100 - 10 100 13 48 65 100 - 20 100 7 22 34 100 The Talxllen show that the entrainment of liquid through the packing inserts cannot be prevented. In the best case, namely with 20 m³ / h water added and 100 m³ / h air throughput, 7% water is still carried back into the upper room when using a 2 m high packing layer.

Die Wirkung der Vorrichtung nach der Erfindung ist aus der Tabelle 2 zu ersehen. The effect of the device according to the invention is from the table 2 can be seen.

Tabelle 2 (Beispiel 2 und 3) Mittlere Mittlere % zurückgerissenes H2O H2O-Zusatz Querströmungs- Querströmungs- an Probeentnahmestelle Beispiel Luft m³ h m³/h geschwindigkeit geschwindigkeit m/Sek. M/Sek. 1 2 3 4 2 3 0,02 40 0,12 0,8 6 60 100 2 100 0,29 2,0 12 75 100 3 100 0,29 2,2 12 72 100 2 20 0,06 40 0,12 0 0 40 100 3 40 0,12 0 0 45 100 2 0,I2 100 0,29 ° ° 65 100 3 100 0,29 0 0 60 100 2 20 0,12 100 0,29 0 0 40 100 Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß durch die Schikaneneinsätze die gewünschte Trennwirkung voll erreicht wird. Nur bei dem sehr geringen Wasserzusatz von 3 m3/h werden geringe Anteile, nämlich 0,8 bis 2,2% Wasser, mitgerissen, bei hohen Wasserzusätzen ist die Trennung schon an <ler Probeentnahmestelle 2 vollkommen.Table 2 (example 2 and 3) Medium medium % H2O pulled back H2O additive cross-flow cross-flow at the sampling point Example air m³ h m³ / h speed speed m / sec. M / sec. 1 2 3 4 2 3 0.02 40 0.12 0.8 6 60 100 2 100 0.29 2.0 12 75 100 3 100 0.29 2.2 12 72 100 2 20 0.06 40 0.12 0 0 40 100 3 40 0.12 0 0 45 100 2 0, I2 100 0.29 ° 65 100 3 100 0.29 0 0 60 100 2 20 0.12 100 0.29 0 0 40 100 It can be seen from the table that the desired separating effect is fully achieved by the baffle inserts. Only with the very low water addition of 3 m3 / h small proportions, namely 0.8 to 2.2% water, are carried away; with high water additions, the separation is already complete at the sampling point 2.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in gliech günstiger Weise eine völlige Durchmischung des von oben eingeführten Abschlamms der Sumpfphase der Kohlehydrierung mit dem aufwärts strömenden Wasserstoff unter günstigem Wärmeaustausch erreicht werden, wobei das N.l itreißen von abgekühltem Schlamm durch den Wasserstoff weitgehend verhindert wird. The device according to the invention can be used in an equally favorable manner complete mixing of the sludge introduced from above in the sump phase Carbohydrate hydrogenation with the upwardly flowing hydrogen with favorable heat exchange can be achieved, whereby the cooling of the cooled sludge is torn by the hydrogen is largely prevented.

Ein derartiger Heißabscheider mit Schikaneneinsatz wird in Fig. 8 dargestellt. In dem 18 m hohen Ofenmantel ist ein 3 m hoher Schikaneneinsatz aus 6 Blechen mit einer Schrägstellung von 20° angeordnet. Jedes Blech enthält 40 Bohrungen von o,8 mm Durchmesser. Das Produkt der Sumpfphase tritt im Oberteil des Abscheiders ein und strömt dem von unten eingeführten Wasserstroff entgegen. Der Abschlamm tritt unten bei c aus, während die Flüssigkeit und gasförmigen Produkte mit dem erwärmten Wasserstoff ollen bei d austreten. Such a hot separator with a baffle insert is shown in FIG. 8 shown. There is a 3 m high baffle insert in the 18 m high furnace shell 6 sheets arranged at an incline of 20 °. Each sheet contains 40 holes 0.8 mm in diameter. The product of the sump phase occurs in the upper part of the separator and flows towards the hydrogen introduced from below. The sludge occurs below at c, while the liquid and gaseous products are heated with the Hydrogen ole out at d.

In Fig. 9 ist ein mit sechs einseitig ausgesparten Zwischenböden ausgestatteter Behälter dargestellt, in den von oben bei a 10 m³/h Abwasser mit 2% Phenol und von unten bei b 1 m³/h eines phenollösenden. mit Wasser nicht miscbl>aren Extraktionsmittels von kleinerem spezifischen Gewicht als Wasser, z. b. eines Estergemisches, eingeführt werden. Durch die beiden Überläufe c und d mit entsprechender höhendifferenz wird erreicht, daß einerseits dre Behälter mit Flüssigkeit gefüllt ist, und daß sich andererseits die Trennschicht T zwischen Wasser und Extrektionsmittel oberhalb des obersten bodens einstellt. Zur Erzielung einer intensiven Durchmischung des aufsteigenden Extraktionsmittels mit dem nach unten strömenden Wasser sind an den Behälterwandungen in Höhe der Aussparungen der Zwischenböden die Mischpumpen ml 1 bis m5 angeordnet. Die Phenole werden praktisch vollstandig von dem Estergemisch aufgenommen. Das bei c abfließende Wasser enthält nur noch 20 mg/l Phenol. In Fig. 9 is a with six unilaterally recessed intermediate floors equipped container shown, in the from above at a 10 m³ / h wastewater with 2% phenol and from below at b 1 m³ / h of a phenol dissolving agent. Do not mix with water Extractant of lower specific gravity than water, e.g. b. an ester mixture, to be introduced. Through the two overflows c and d with a corresponding height difference it is achieved that on the one hand three containers are filled with liquid, and that on the other hand, the separating layer T between water and extractant is above of the top shelf. To achieve an intensive mixing of the ascending extractant with the water flowing downwards are to the Mixing pumps ml 1 to m5 arranged. The phenols are practically completely removed from the ester mixture recorded. The water flowing off at c contains only 20 mg / l phenol.

Die gleiche Wirkung erzielt man. wenn an Stelle der Durchmischung mit Pumpen en Gasstrom von 30 m³/h derart im Kreislauf geführt wird, daß es mit Hilfe eines Gebläses g unter den untersten Zwischenboden eingeblasen und aus dem Gasraum oberhalb der Flüssigkeitsfüllung angesaugt wird (s. Fig. to). In diesem Falle sind die Zwischenböden an den Ausspanrungen nach unten abgebogen und gezahnt, Fig. 11 veranschaulicht die Durchmischung unten Trennung eines festen Stoffes und eines Gases, lii der 1 t Braunkohle stündlich mit einem Wassergehalt von 15% mit einer Temperatur von 25°C bei a in das obere Ende eines mit geneigten Zwischenböden ausgestatteten Rohres eingetragen wird und oberhalb des unteren Drittels des Rohres bei b I700 m3/h eines auf 3000 C aufgeheizten Gases eingeführt werden. Das Gefäß ist hierbei bis oberhalb der Schikanen mit fein zerkleinerter Kohle gefpllt. Dann verhält sich diese bei ihrer Abwärtsbewegung wie eine Flüssigkeit. Das aufwärts strömende Gas strömt der sich nach unten bewegenden Kohle entgegen, durchwirbelt sie au den Umkehrstellen der Schikanen, trocknet und erwärmt die Kohle und bildet unterhalb der schräg gestellten Flächen der Schikanen freie Gasräume. The same effect can be achieved. if in place of mixing with pumps en gas flow of 30 m³ / h is circulated in such a way that it is with With the help of a blower g blown in under the lowest false floor and out of the Gas space above the liquid filling is sucked in (see Fig. To). In this Trap, the intermediate floors are bent downwards at the notches and serrated, Fig. 11 illustrates the intermixing below separation of a solid matter and of a gas that contains 1 t of lignite every hour with a water content of 15% a temperature of 25 ° C at a in the upper end of a with sloping shelves equipped pipe is entered and above the lower third of the pipe at b I700 m3 / h of a gas heated to 3000 C can be introduced. The container is filled with finely chopped coal up to above the baffles. then it behaves like a liquid as it moves downwards. That up Flowing gas flows towards the coal moving downwards, swirling through it they at the turning points of the baffles, dries and heats the coal and forms free gas spaces below the inclined surfaces of the baffles.

In diesen strömt es verlagsamt quer zu der sich in entgegengesetzter Richtung zu ihm bewegenden Kohle, ohne wesentliche Kohlemengen zurückzuführen, zur nächsten darüber angeordneten Umkehrstelle usf.In these, it flows across the path to that in the opposite direction Direction to moving coal without returning substantial amounts of coal to next reversing point arranged above it, etc.

So kommt es unter vielfach wiederholter Durchblasung und Wiedertrennung der beiden Medien zu der durch die erfindungsgemäße Einrichtung bei zweckten idealen Gegenstrombewegung eines festen und eines gasförmigen Stoffes. Ein bei c in das untere Ende des Rohres bei 25°C eintretender Gasstrom von 780 m³/h kühlt die Kohle vor ihrem bei d erfolgenden Austritt ab. Die Temperatur der nach unten rieselnden Kohle beträgt an der Einführungsstelle des 3000 C heißen Gases bei b 1500 C. So it comes with repeated blowing and re-separation of the two media to the ideal by the device according to the invention Countercurrent movement of a solid and a gaseous substance. A at c in that lower The gas stream of 780 m³ / h entering the end of the pipe at 25 ° C pre-cools the coal their exit at d. The temperature of the coal trickling down is at the point of introduction of the 3000 C hot gas at b 1500 C.

Sie enthält nach ihrem Abzug aus dem Rohr 4% Wasser. Das am oberen Rohrende bei e mit 90° C abströmende Gas ent'hält das ,bei der Erwärmung der Kdhle ausgetriebene Wasser.After it has been withdrawn from the pipe, it contains 4% water. The one on top The end of the pipe at 90 ° C contains the gas flowing off when the coolant is heated expelled water.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Device for mixing and separation of countercurrent media, preferably with heat exchange, thereby characterized that in Idem vessel through which the media flow in opposite directions, bottoms, z. B.

Baffle plates, alternately on opposite walls of the vessel are placed on top of each other and recessed in such a way that the media are forced to to take a zigzag path through the vessel space, with the recesses Mixture, the separation of the media takes place between the floors.

2. Devices according to claim 1, characterized in that the Bottoms are perforated.

3. Device according to claims I and 2, characterized in that the bottoms are bent down at the recesses.

4. Device according to claims I to 3, characterized in that the bent edges on the recesses of the floors through broken, z. B. toothed are.

5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the floors are arranged horizontally.

6. Device according to claims I to 4, characterized in that the floors are inclined.