DD225051B1

DD225051B1 - Rohrbuendel-kontaktapparat fuer den stoff- und waermeaustausch im blasenregime

Info

Publication number: DD225051B1
Application number: DD26469684A
Authority: DD
Inventors: Klaus Hertwig; Friedrich Liepe; Gert Poppe; Volker Doelle
Original assignee: Koethen Ing Hochschule
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1990-06-27
Also published as: DD225051A1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Kontaktapparat für den Stoff- und Wärmeaustausch, der im Blasenregime betrieben wird und eine Einzelrohrbegasung sowie vorzugsweise eine Kühlung aufweist.

Der Apparat ist insbesondere für Absorptionszwecke einsetzbar, speziell in solchen Fällen, wo sich die zu absorbierende Gaskomponente innerhalb eines explosiblen Gasgemisches befindet und möglichst vollständig absorbiert werden soll. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Apparates ist die Absorption von Chlor in organischen Lösungsmitteln. Außer der Durchführung von Stoffaustauschprozessen kann der Apparat auch für Wärmetauschprozesse eingesetzt werden. Ein spezielles Einsatzgebiet besteht darin z. B. in der direkten Kühlung explosibler Gasgemische.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits verschiedene Rohrbündel-Kontaktapparate (nachfolgend Absorber genannt) bekannt. Die überwiegende Anzahl derartiger Absorber (z. B. DD-PS 139091, DE-AS 1226084, DE-AS 2615612) ist jedoch konstruktiv nur für einen Betrieb im Filmregime ausgelegt. Bei dieser Betriebsweise ist es mit geringem technischem Aufwand möglich, die Absorptionsflüssigkeit innerhalb der Rohre des Absorbers im Gegenstrom zur Gasphase zu führen.

Ein wesentlicher Nachteil der Filmabsorber besteht jedoch darin, daß das Gasgemisch in der Stoffaustauschzone nicht als disperse Phase vorliegt. Für explosible Gasgemische sind daher derartige Absorber völlig ungeeignet. Es ist allerdings auch bereits ein mehrstufiger Absorber bekannt (DE-OS 3126052), der konstruktiv für den Betrieb im Blasenregime ausgelegt ist. Um eine Gegenstromführung der kontaktierenden Phasen — bezogen auf den Gesamtapparat — zu realisieren, sind bei diesem Absorber außer den Rohrbündeln, in denen der Stoffaustausch erfolgt, in jeder Stufe noch zusätzlich Rückführ-, Druckausgleichs- und Zirkulationsleitungen sowie Begasungseinrichtungen erforderlich. Weiterhin weist dieser Absorber in jeder Stufe eine flüssigkeitsfreie Trennzone auf, um Gas- und Flüssigphase zu trennen und die Flüssigphase über separate Rückführleitungen der nächsten Stufe zuführen zu können. In den Trennzonen des Absorbers entstehen daher größere zusammenhängende Gasräume, so daß auch dieser Absorber für explosible Gasgemische ungeeignet ist. Ein weiterer Nachteil des Absorbers gemäß DE-OS 3126052 besteht darin, daß die innere Zirkulationsgeschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit in einer Stufe des Absorbers im wesentlichen durch die konstruktiven Parameter des Absorbers vorgegeben ist. Eine gegebenenfalls bei speziellen Absorptionsaufgaben notwendig werdende Änderung der Zirkulationsgeschwindigkeit kann daher bei diesem Absorber nur in sehr beschränktem Umfang erfolgen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung mit einem Absorber einfachster Konstruktion eine mehrstufige Prozeßführung zu erreichen, wobei sicherheitstechnische Belange und einfache Anpaßbarkeit an spezielle Absorptionsaufgaben zu berücksichtigen sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Absorber vom Rohrbündeltyp, der im Blasenregime betrieben werden soll, die Gegenstromführung der kontaktierenden Phasen zu realisieren, ohne daß eine stufenweise Trennung der Phasen in einer flüssigkeitsfreien Trennzone notwendig ist. Speziell soll der Absorber eine mehrstufige Prozeßführung mit möglichst geringer Rückvermischung zwischen den Stufen erlauben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der als Absorber bezeichnete Rohrbündel-Kontaktapparat mehrere räumlich getrennte, übereinanderliegende Rohrbündelabschnitte der Höhe H_R aufweist und nur unterhalb des untersten Rohrbündelabschnittes Mittel zur Einzelrohrbegasung vorgesehen sind, wobei diese Mittel so ausgebildet sind, daß der größere Teil der Rohre mit hoher und der restliche Teil der Rohre mit relativ geringer Intensität bzw. nicht begast wird.

Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß benachbarte Rohrbündelabschnitte durch jeweils einen vollständig gefluteten Leerraum mit einer Höhe von etwa 0,1 ...0,4H_R voneinander getrennt sind, wobei in den Leerräumen im wesentlichen horizontale Leitplatten in einer Position vorgesehen sind, die der Position der schwach bzw. nicht begasten Rohre des untersten Rohrbündelabschnittes entspricht. Die schwach bzw. nicht begasten Rohre sind in einer entlang dem Säulendurchmesser liegenden Rohrreihe oder einer anderen zur Gewährleistung einer Zirkulationsströmung zwischen den unterschiedlich stark begasten Rohren geeigneten Konfiguration angeordnet. In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Leitplatten eine Breite von etwa 1,1... 1,2d_R (d_R = Rohrdurchmesser) auf und sind etwa im Abstand d_R von der Unterkante des jeweiligen Rohrbündelabschnittes angeordnet

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Absorbers besteht vor allem im konstruktiv äußerst einfachen Aufbau. Im Gegensatz zu dem Absorber gemäß DE-OS 3126052 sind beim erfindungsgemäßen Absorber keinerlei zusätzliche Rückführ-, Druckausgleichs- und Zirkulationsleitungen erforderlich. Auch die Begasungseinrichtung ist beim erfindungsgemäßen Absorber auf lediglich eine unterhalb des untersten Rohrbündelabschnittes angeordnete Einzelrohrbegasung reduziert. Demgegenüber erfordert der Absorber gemäß DE-OS 3126052 für jede Stufe eine separate Begasungsvorrichtung. Die sehr einfache konstruktive Gestaltung des erfindungsgemäßen Absorbers erweist sich fertigungstechnisch als ein bedeutender Vorteil.

Ungeachtet des unkomplizierten Aufbaus des erfindungsgemäßen Absorbers wird mit ihm ein Betriebsverhalten erzielt, das dem eines mehrstufigen Gegenstromabsorbers bzw. Gegenstromkühlers entspricht Im praktischen Betrieb kann daher eine Stufenzahl je Absorber realisiert werden, die der Anzahl der im Absorber angeordneten Rohrbündelabschnitte nahekommt. Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht weiterhin darin, daß sie auch bei explosiblen Gasgemischen einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht. In bestimmten Anwendungsfällen kann auch ein Vorteil der Erfindung bedeutsam werden, der darin besteht, daß die Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in einem Rohrbündelabschnitt in einfacher Weise auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist, indem die Begasungsintensität der schwach begasten Rohre und/oder ihre Anzahl geändert wird. Dadurch kann der Betrieb des Absorbers ohne konstruktive Änderungen der jeweiligen Absorptionsaufgabe weitgehend optimal angepaßt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1: eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Absorbers,

Fig. 2: Einzelheiten der Anordnung der Rohre in einem Rohrbündelabschnitt Die Prinzipdarstellung gemäß Fig. 1 verdeutlicht die Anordnung der einzelnen Rohrbündelabschnitte in einem dreistufigen Absorber, der von oben mit der Absorptionsflüssigkeit (Tetrachlorkohlenstoff) und von unten mit dem chlorhaltigen Gasgemisch beaufschlagt wird. Das Rohrbündel besteht aus jeweils 61 Rohren mit einem Innendurchmesser von 0,09m und einer Höhe von einem Meter. Innerhalb des Leerraumes zwischen den Rohrbündelabschnitten (Höhe 0,25m) befindet sich im Abstand von 0,09m unterhalb des zweiten und des dritten Abschnittes eine 0,1 m breite rechteckige Leitplatte, die den aus den darüber liegenden Rohren abwärts fließenden Zirkulationsstrom weitgehend in die horizontale Richtung umlenkt. Mit den aufsteigenden Gasblasen wird dieser Strom größtenteils wieder in die der Aufwärtsströmung vorbehaltenen Rohre gefördert, die außerhalb des durch die Leitplatte fixierten Durchmessers liegen. In Fig. 2 (Schnitt A-A) ist die Anordnung der Rohre gezeigt, wobei die für die Abwärtsströmung vorgesehenen Rohre voll gezeichnet dargestellt sind. Sie liegen auf der gleichen Position wie die Leitplatte (Schnitt B-B). Die entsprechende Rohrgruppe des ersten Rohrbündelabschnittes wird nicht begast, während für alle anderen Rohre eine möglichst gleichmäßige Einzelrohrbegasung vorliegt.

Im Ausfuhrungsbeispiel wird am Boden des Absorbers ein Gasgemisch mit 1,40 mol/s Chlor und 5,2 mol/s inerter Komponenten dosiert. Am Kopf des Kontaktapparates werden 4,7 · 10"⁴m³/s Tetrachlorkohlenstoff aufgegeben. Bei einer Absorptionstemperatur von 253K und einem Druck am Boden der Kolonne von 0,25MPa werden 94% des Chlors absorbiert; der Abgasstrom enthält noch 0,084mol/s Chlor.

Claims

1. Rohrbündel-Kontaktapparat für den Stoff- und Wärmeaustausch im Blasenregime, eine Einzelrohrbegasung sowie vorzugsweise eine Kühlung aufweisend, gekennzeichnet dadurch, daß

- der Rohrbündel-Kontaktapparat mehrere räumlich getrennte, übereinanderliegende Rohrbündelabschnitte der Höhe H_R aufweist und nur unterhalb des untersten Rohrbündelabschnittes Mittel zur Einzelrohrbegasung vorgesehen sind, wobei diese Mittel so ausgebildet sind, daß der größere Teil der Rohre mit hoher und der restliche Teil der Rohre mit relativ geringer Intensität bzw. nicht begast wird,

- benachbarte Rohrbündelabschnitte durch jeweils einen vollständig gefluteten Leerraum mit einer Höhe von etwa 0,1... 0,4H_R voneinander getrennt sind, wobei in den Leerräumen im wesentlichen horizontale Leitplatten in einer Position vorgesehen sind, die der Position der schwach bzw. nicht begasten Rohre des untersten Rohrbündelabschnittes entspricht, und

- die schwach bzw. nicht begasten Rohre in einer entlang eines Säulendurchmessers liegenden Rohrreihe angeordnet sind.

2. Rohrbündel-Kontaktapparate nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leitplatten eine Breite von etwa 1,1 ...1,3 Rohrinnendurchmesser aufweisen und im Abstand eines Rohrinnendurchmessers von der Unterkante des jeweiligen Rohrbündelabschnittes angeordnet sind.