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Kontaktkolonne mit in Ab ständen senkrecht untereinander angeordneten
Böden Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktkolonne mit in Abständen senkrecht
untereinander angeordneten Böden, die einen innigen Kontakt zwischen einer Flüssigkeit
und einem Gas bewirken, wobei der Ausdruck »Gas« auch Dampf mit einschließt. Die
Böden sind im wesentlichen horizontal angebracht.
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Es sind schon Kontaktkolonnen bekannt, bei denen jeder Boden einen
Gasdurchlaßteil hat, der mit einer Anzahl von über seine Fläche verteilten Offnungen
zum Aufwärts strömen des Gases und zur Mitnahme der auf dem Boden angesammelten
Flüssigkeit unter Ausbildung eines Sprühnebels versehen ist. Dabei können die Böden
z. B. die Form von Bodenrosten aus parallelen Querträgern besitzen, die gerade oder
gebogen sein können und so verteilt sind, daß sich Schlitze ergeben. Sie können
auch in Form von Schlitzplatten mit länglichen Schlitzen oder von Siebplatten vorliegen,
die mehrere insbesondere runde Offnungen mit annähernd gleicher Länge und Breite
haben. Derartige Böden werden gewöhnlich Lochböden genannt.
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In den bekannten Fraktionierbodenglocken oder Lochböden mit Abflußrohren
für das Durchfließen einer Flüssigkeit zu einem unteren Boden nehmen die Abfluß
rohre einen beträchtlichen Teil der Bodenfläche ein. Es ergeben sich Kanäle mit
unhandlichen Flüssigkeitsverschlüssen an ihrem unteren Ende, die das Aufwärtsstreichen
von Gas, z. B. durch Eintauchen in die Flössigkeit des nächstunteren Bodens, durch
diese Verschlüsse oder durch eine Gasfalle im Raum zwischen den Böden verhindern.
Der nicht durchlöcherte Teil der Bodenfläche, der den Flüssigkeitsverschluß unter
dem Abflußrohr des nächsthöheren Bodens aufnimmt und als flüssigkeitserhaltende
Zone dient, steht nicht als wirksamer Teil der Bodenfläche zur Verfügung, in dem
das Gas durch die angesammelte Flüssigkeit streicht. Die wirksame Bodenfläche wird
außerdem noch durch die Fläche verringert, die durch das Abflußrohr, das sich durch
den Boden nach unten erstreckt, eingenommen wird.
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Das gleiche gilt von den unhandlichen Gasfallen, die einen beträchtlichen
Teil des Raumes zwischen den Böden einnehmen, in dem das Gas meistens in innige
Berührung mit der Flüssigkeit unter Bildung eines Sprühnebels gebracht vsTird Ferner
wird die Flüssigkeit in einer bekannten Vorrichtung durch das Abfluß rohr oder durch
Herabfließen von einer bestimmten Zone auf den unteren Boden abgeführt; sie muß
von hier quer über den Boden zu einer Einlaßöffnung des nächsten Abflußrohres fließen,
was zu einem Druckgefälle über dem Boden und zu einem uneinheitlichen Gasstrom durch
die verschiedenen öffnungen führt. Diese Umstände
haben sich auf die Kapazität und
die Wirkung des Bodens ungünstigt ausgewirkt.
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Es ist bekannt, daß solche Übelstände unter bestimmten Beschickungsbedingungen
weitgehend vermieden werden können, wenn man Lochböden ohne Abflußrohr benutzt,
in denen das aufsteigende Gas und die absteigende Flüssigkeit gewöhnlich abwechselnd
durch die gleichen Öffnungen fließen, die gleichmäßig über die Bodenfläche verteilt
sind und die einzige Verbindung durch den Boden darstellen. Die Flüssigkeitskapazität
solcher Böden ist jedoch begrenzt, besonders wenn die gesamte Fläche der Öffnungen
gering ist im Verhältnis zu der gesamten Bodenfläche, d. h. wenn der Boden eine
geringe freie Fläche von z. B. unter 20 bis 25°/o je nach dem Umfang der Öffnung
hat.
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Bei der erfindungsgemäßen Kontaktkolonne wird die Flüssigkeitskapazität
insbesondere von Lochböden dadurch verbessert, daß jeder Boden mindestens ein an
sich bekanntes Flüssigkeitsabflußrohr aufweist, dessen oberes offenes Ende über
die Oberfläche des Bodens hinausragt und das sich nach unten in den Raum zwischen
dem Boden und dem nächstunteren erstreckt, an seinem unteren Ende geschlossen ist
und dort mindestens eine seitliche Abflußöffnung für die Flüssigkeit aufweist. Durch
die Kombination eines Abflußrohres, das einen Boden und seitliche Abflußöffnungen
aufweist, mit einem Paar Kontaktböden,
wodurch der Dampf in der
Richtung von den im oberen Boden befindlichen Dampföffnungen aufsteigt, wird der
Verlust an Kontaktfläche sowie der Druckabfall am Boden vermindert. Ferner wird
dadurch die Kapazität des Bodens sowie der innige Kontakt zwischen Flüssigkeit und
Dampf verbessert.
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Alle Kontaktböden, die in einer Kolonne senkrecht untereinander mit
Zwischenräumen angeordnet sind, haben im wesentlichen einen horizontalen Gas durch
laßteil zum Ansammeln von Flüssigkeit, wobei dieser Teil zahlreiche Öffnungen für
das Aufwärtsstreichen von Gas und wenigstens ein Abflußrohr für die Flüssigkeit
hat, das sich vorzugsweise aufwärts durch den Boden bis über die Ebene des oberen
Flüssigkeitsspiegels des Bodens erstreckt und das einen Bodenvenschluß unter dem
Boden, vorzugsweise genügend über dem nächstniedrigeren Boden, hat. Dadurch wird
kein wirksamer Teil des Bodens unbenutzbar gemacht; die Abfluß öffnungen sind quer
gerichtet, wodurch die Flüssigkeit mit einer horizontalen Geschwindiglieitsliomponente
in den Raum zwischen den Böden durch einen ungehinderten Fall auf den unteren Boden
abgeführt wird. Die Abflußrohre der folgenden PJöden sind vorzugsweise so angeordnet,
daß eines gegen das andere horizontal versetzt und die Abfluß öffnungen so ausgerichtet
sind, daß die Flüssigkeit gegen das Abflußrohr auf den unteren Boden gerichtet ist
und dessen Gasdurchlaßteil dulrchquer, Das Gas, das durch die Öffnungen im Boden
aufsteigt, reißt die angesammelte Flüssigkeit mit, so daß sich ein intensiver Spriihnebel
in dem Raum zwischen den Böden ergibt und einen innigen Kontakt bewirkt, während
die Flüssigkeit wieder auf den Boden zurückfällt. Es entsteht eine Wirbelbewegung
in den Gasdurchlaßteilen des Bodens und im Raum zwischen den Böden. In der bevorzugten
Ausführungsform, bei der I,ochböden benutzt werden, wird der freie Abfluß der Flüssigkeit
durch die Bodenöffnungen in Abwesenheit von aufwärts strömendem Gas ermöglicht,
während die Anwesenheit von letzterem das .Nbwärtsfließen der Flüssigkeit durch
die Öffnungen vermindert oder ganz verhütet. Die Flüssigkeit tritt in das Abflußrohr
ein, indem sie sowohl von dem Gasdurchlaßteil als auch durch direkten Fall eines
Teils des Sprühnebels überfließt, und bildet innerhalb des Abflußrohres einen ruhenden
bzw. einheitlichen Fliissigkeitskörper mit einer Dichte, die größer ist als die
Dichte des heterogenen mehr oder weniger schaumigen Gas-Flüssigkeits-Gemisches,
das iiber die anderen Bodenteile zusammenläuft. Es entsteht ein hydrostatischer
Druck an den beschränkten Ausflußöffnungen, der den Druck der Mischung am Boden
übersteigt. Dies verhindert das Eindringen von Gas in den darunterliegenden Raum
zwischen den Böden aus den Abfluß öffnungen. Durch Einengen der gesamten Fläche
dieser Abflußöffnungen im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Abfluß rohres wird
eine Flüssigkeitsmenge erhalten, die zum Aufrechterhalten des hydrostatischen Drucks
im Abzugsrohr ausreicht. Die Flüssigkeit gelangt von den Ausflußöffnungen mit einer
horizontalen StrömunJgskomponente in den Sprühnebel, durch den sie zum größten Teil
mitgenommen wird, so daß ein inniges Vermischen mit der Flüssigkeit bewirkt wird,
die vom unteren Boden kommt. Gleichzeitig gibt sie ihr einen Teil ihrer Bewegung
ab, wodurch sich der Sprühnebel quer über den Boden bewegt und der horizontale Druckabfall
am Boden vermindert wird. Dadurch wird die Bodenkapazität für eine gegebene Kontaktwirkung
verstärkt.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben,
die einen Teil der Beschreibung bilden und bestimmte vorteilhafte Ausführungsformen
erläutern. Dabei bezeichnen gleiche Ziffern bei den verschiedenen Ansichten gleiche
Teile.
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Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie 1-1 der Fig.
2 eines mittleren Abschnitts einer I(ontaktkolonne, die Böden gemäß der Erfindung
enthält; Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 ist ein
teilweiser Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1; Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht
wie Fig. 3, zeigt jedoch eine andere Ausführungsform des Abflußrohres bzw. der Abflußöffnung;
Fig. 5 ist ein vergrößerter Schnitt entlang der I,inie 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 ist
ein senkrechter Schnitt entlang einer diametralen Ebene bzw. eine Kolonne, die Böden
entsprechend einer anderen Ausführungsform der Ertindung enthält; Fig. 7 ist ein
Schnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. 6.
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Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 3 ist mit 10 der Kolonnenmantel einer
senkrechten Kolonne bezeichnet. Die Säule enthält eine Vielzahl horizontaler Kontaktböden
11, die senkrecht untereinander in geeigneten Abständen, z. B. von 150 bis 750 mm,
angeordnet sind, sich iiber den ganzen Querschnitt der Kolonne erstrecken und über
ihren größten Teil eine Vielzahl von begrenzten Gasdurchlaßöffnungen besitzen, die
einheitlich iiber den Boden verteilt sind und in der Form von länglichen Schlitzen
12 von geeigneter Breite angeordnet sind. Die Breite ist bei allen Böden einheitlich,
z. B. 3 bis 25 mm, so daß sich eine gesamte Schlitzfläche (im folgenden freie Fläche
genannt) entsprechend den Betriebsbedingungen, unter denen die Kolonne arbeitet,
von z. B. 5 bis 35 0/o der gesamten Bodenfläche ergibt. Die Vorteile des verbesserten
Abflußrohrs gemäß der Erfindung sind bei den Böden mit geringen freien Flächen am
besten ausgeprägt; gewöhnlich werden Böden mit freien Flächen unter 20°/o angewandt.
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Der Bodenteil, der die begrenzten Öffnungen für den Gasstrom enthält,
bildet den Gasdurchlaßteil des Bodens. Neben diesem Gasdurchlaßteil befindet sich
ein Abflußrohr 13, das sich durch den Boden und nach oben, z. B. 25 bis 150 mm,
iiber die obere Fläche des Bodens erstreckt und oben offen ist. Die Höhe des Rohres
iiber dem Boden beträgt weniger als ein Viertel der Bodenabstände. Das Abfluß rohr
erstreckt sich in seinem wesentlichen Teil unter dem Boden in den darunter liegenden
Raum. Es hat einen Bodenabschluß 14, der beträchtlich iiber dem nächstunteren Boden,
z. B. etwa über der mittleren Höhe des Raurnes liegt. Bei gleichartig ausgebildeten
Böden sind die Abfluß rohre dicht an den Rändern der Böden angeordnet, und bei aufeinanderfolgenden
Böden sind die Abflußrohre um 1800 versetzt angeordnet. Diese Abfluß rohre haben
einen länglichen Querschnitt, d. h. die Seite, die am Gasdurchlaßteil angrenzt,
ist wesentlich länger als die andere Seite des Abflußrohres, die quer zu dieser
Seite verläuft. Jedes Abflußrohr hat an seinem Boden eine begrenzte Abflußöffnung,
die quer gegen die Seite des Gasdurchlaßteils des Bodens gerichtet ist. Beispielsweise
sind eine Mehrzahl von Löchern 15 entlang der langen Seite der Rohrwand angeordnet,
um die Flüssigkeit einheitlich über die
Breite des darunterliegenden
Bodens zu verteilen und der Flüssigkeit eine horizontale Strömunqgsrichtung zu erteilen.
Es sei darauf hingewiesen, daß im Falle des abgebildeten rechteckigen Bodens die
Löcher im wesentlichen einheitlich voneinander entfernt sind, wenn der Boden mit
dem Abflußrohr versehen ist, das sich über die ganze Breite des Bodens erstreckt,
daß aber auch uneinheitliche Zwischenräume vorgesehen sein können. Die gesamte Fläche
der Löcher 15 ist ausreichend, um die ganze Flüssigkeit, die durch die Kolonne bei
der beabsichtigten Beschickung herabfließt. abführen zu können. Sie ist aber im
Verhäl, nis zu der Querschnittsfläche des Abflußrohres so beschränkt, daß im Rohr
eine Flüssigkeitssäule aufrechterhalten wird.
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Beim Betrieb wird das freie Herablaufen der Flüssigkeit durch die
Öffnungen 12 auf die einzelnen Böden durch das Aufwärtsströmen des Gases verhindert,
wobei sich auf jedem Boden Flüssigkeit ansammelt, die vom Gas erfaßt, zerteilt und
nach oben gerissen wird, so daß sich je nach den Eigenschaften des Gases und der
Flüssigkeit ein dichter Sprühnebel oder Schaum bildet. Der Ausdruck »Sprühnebel«
wird im folgenden gebraucht, um ganz allgemein jedes Flüssigkeits- und Gasbett zu
bezeichnen, das durch Gas gebildet wird und Flüssigkeit umfaßt, die so zerteilt
wurde, daß sich eine große Flüssigkeitsoberfläche ergibt. Die zerstäubte Flüssigkeit
trennt sich in dem freien Raum oberhalb des Bodens vom Gas und fällt wieder auf
den Boden. Bei einem geringen Gasdurcbsatz gelangt etwas Flüssigkeit durch die Öffnungen
12 nach unten und fließt gewöhnlich im Wechsel mit dem Gas auf irgendein begrenztes
Gebiet. Bei höheren Durchsätzen verhindert das Gas im wesentlichen das Abwärtsströmen
von Flüssigkeit.
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In jedem Fall tritt Flüssigkeit in das Abflußrohr teils durch t'berfließen
vom Gasdurchlaßteil des Bodens, teils durch direkten Fall des Sprühnebels ein, so
daß sich in ihm eine Flüssigkeitssäule bildet, die einen größeren Flüssigkeitsdruck
hat als der des Flii.ssigkeits- und Gasbetts auf dem Gasdnrcblaßteil des Bodens,
wobei das aufsteigende Gas durch die Gasdurchlaßöffnung 12 strömt und nicht in die
Löcher 15 eintritt. Dadurch wird es ermöglicht, daß die Flüssigkeit im Abflußrohr
eine größere Dichte erreicht als die des Flüssigkeits-Gas-Bettes. Die Ausbildung
des Abflußrohrs nach oben über die obere Fläche des Bodens trennt die Flüssigkeit
im Rohr von der Wirbelbewegung auf dem Gasdurchlaßteil und dient zur Aufrechterhaltung
der höheren Dichte der Flüssigkeit innerhalb des Rohres. Die Flüssigkeit gelangt
horizontal von den Löchern 15 in den Raum zwischen den Böden, wo sie an den Sprühnebel
abgegeben wird, der vom nächstunteren Boden aufsteigt, so daß die Bewegung des Sprühnebels
über das Gasdurchlaßteil des Bodens gegen das Abfluß rohr beschleunigt wird, das
mit dem nächstunteren Boden verbunden ist. Auf diese Weise wird die Bewegung der
Flüssigkeit über dem Boden durch eine Verminderung des Druckabfalls über dem Boden
erleichtert.
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In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist die Abflußöffnung
am Boden des Abfluß rohres in Form eines horizontalen Schlitzes 16 angeordnet, bei
dem die Höhe mittels einer senkrecht verschiebbaren Drosselplatte 17 eingestellt
werden kann. Zu diesem Zweck hat die Platte senkrechte Schlitze 18, durch die sich
Gewindebolzen 19 erstrecken, die in Schraubverbindung mit der Wand des Abflußrohres
13 stehen.
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Diese Bolzen halten die Platte in jeder senkrecht ein-
gestellten Lage
durch einen Spannvorgang fest, so daß man die wirksame Höhe des Schlitzes 16 verändern
kann.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 haben die Kolonne 20 und
die Siebböden 21, 21 a eine kreisförmige Begrenzungslinie. In den Böden sind kreisförmig
begrenzte GasdurchlaßöKnungen 22 ausgebildet. Diese Öffnungen sind vorzugsweise
über dem Boden einheitlich verteilt und bei jedem Boden von gleicher Größe. Wegen
der verschiedenen Betriebseigenschaften der Siebböden sind ihre Abmessungen und
ihre Anzahl im folgenden getrennt beschrieben.
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Gewöhnlich werden Löcher mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 25 mm
und in einer genügenden Anzahl, um eine freie Fläche von etwa 5 bis 500/0 der gesamten
Bodenfläche zu ergeben, verwendet. Die Vorteile gemäß der Erfindung zeigen sich
gewöhnlich bei einer freien Fläche von weniger als 25 °/o am besten.
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Die alternierenden Böden 21 haben drei Abflußrohre, nämlich ein schmales
Abflußrohr 23, das diametral angeordnet ist, und zwei Randabflußrohre 24, 24a parallel
zum ersteren. Dadurch werden zwei Gasdurchlaßteile des Bodens zwischen den Abflußrohren
abgegrenzt. Das Abflußrohr 23 ist so ausgebildet und angeordnet, wie es bei dem
Abfluß rohr 13 beschrieben ist, und hat einen Bodenabsccliiu 25. Die seitlichen
Abflußlöcher 26 sind jedoch an beiden Seiten des Abfluß rohres vorgesehen, so daß
sie die Flüssigkeit gegen beide Gasdurchlaßteile richten. Die Randabflußrohre haben
flache, senkrechte Wände 27, die an ihren unteren Rändern gegen die gebogene Kolonnenwand
abgedichtet sind, so daß sie damit ein Abflußrohr ergeben. Ihre Bodenabschlüsse
28 sind segmentförmig. die seitlichen Löcher 29 befinden sich in den Wänden 27.
Die alternierenden Böden 21a sind jeweils in drei Gasdurchlaßteile durch zwei schmale
Abflußrohre 30 und 30a geteilt. die parallel zu dem Abflußrohr 23 angeordnet sind.
Ähnlich wie bei diesem sind auch die Bodenflächen 31 und die seitlichen Abflußlöcher
32 an beiden Seiten ausgebildet. Im Hinblick auf die nicht geradlinigen Begrenzungslinien
der Gasdurchlaßteile der Böden 21 und 21 a ist es in bestimmten Fällen, besonders
bei großem Kolonnendurchmesser, vorteilhaft, die Löcher 26, 29 und 32 nicht einheitlich
auszurichten und/oder zu verteilen. So können, wie in Fig. 7 gezeigt, einige Löcher
32 a schräg nach auswärts führen und Löcher 32 b in den schmalen Wänden der Abflußkanäle
vorgesehen sein.
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Die Böden der Fig. 6 und 7 arbeiten in der vorher beschriebenen Art
der Fig. 1 bis 3 mit dem Unterschied, daß die Flüssigkeit auf mehreren Wegen, welche
die verschiedenen Gasdurchlaßteile der Böden durchqueren, nach unten fließt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß, obgleich die Kolonne und die Abfluß
vorrichtung der Fig. 1 bis 3 in der Anwendung auf Schlitzplatten und die der Fig.
6 und 7 auf Siebplatten gezeigt wurde, diese Ausführungsformen nur Beispiele sind
und daß Böden mit jeder Begrenzungslinie und Öffnungsanordnung mit einer Abflußvorrichtung
verwendet werden können.