CH653564A5 - Stoffaustauschboden und verfahren zu dessen herstellung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffaustauschboden und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.

Stoffaustauschböden dieser Art gehören zu den sogenannten Ventilböden mit «starren» Ventilen. Sie sind z.B. aus den Schweiz. Patentschriften Nr. 291 798 und 318 804 bekannt. Wie in der Schweiz. Patentschrift Nr. 291 798 beschrieben, werden solche Böden aus einer Blechplatte hergestellt, indem z. B. rechteckige Streifen an den beiden Längsseiten durch einen Stanzstempel und eine entsprechende Matrize vom Boden abgetrennt und gleichzeitig aus diesem herausgedrückt werden, wobei die Streifen durch die an den Querseiten entstehenden, entsprechend dem Abstand zwischen Abdeckung und Bodenblech gestreckten, einstückig mit diesen zusammenhängenden Verbindungsstegen mit dem Bodenblech verbunden bleiben. Die Randkanten des die Abdeckung bildenden Streifens verlaufen parallel zu den Kanten der Ränder, welche die im Boden entstandene Öffnung begrenzen. Zwischen den einander zugewandten Kanten der Ränder der Abdeckung und der Öffnung sind Einströmschlitze (Schlitzdüsen) für die gas- oder dampfförmige Phase gebildet.

Die Stoffaustauschböden werden vor allem für die Rektifikation und Absorption verwendet und dienen zur möglichst innigen Vermischung der flüssigen und der gas- oder dampfförmigen Phase, wobei die letztere durch die Öffnungen im Boden und von den Abdeckungen abgelenkt durch die Einströmschlitze in die sich auf dem Boden ausbreitende flüssige Phase strömt.

An Stoffaustauschböden werden allgemein vor allem drei wesentliche Anforderungen gestellt, nämlich hohe Belastbarkeit hinsichtlich des Gasdurchsatzes, hoher Wirkungsgrad (hohe Stoffaustauschrate) und geringer Druckverlust für die Gasströmung. Die Stoffaustauschböden der eingangs genannten Art haben einen hohen Wirkungsgrad und gegenüber anderen Böden, wie Glockenböden, Ventilböden mit beweglichen Ventilen, z.B. Drallventilböden, Käfigventilböden, Klappventilböden usw. vor allem den Vorteil baulicher Einfachheit und billiger Herstellbarkeit. Den bisherigen Böden der eingangs genannten Art sind aber bezüglich Anforderungen an eine hohe Gasbelastbarkeit und geringe Druckverluste Grenzen gesetzt. Gasbelastbarkeit und Druckverluste werden im wesentlichen durch die Grösse und Anzahl der für den Gasstrom zur Verfügung stehenden Ventilöffnungen bestimmt. Die Ventilöffnungen der starren Ventile sind die Einströmschlitze zwischen den Rändern der Abdeckungen und der Öffnungen. Die Grösse der Einströmschlitze ist begrenzt; denn die Stege, welche die Abdeckungen mit dem Boden verbinden, würden über die Bruchgrenze gestreckt und deshalb reissen, wenn man starre Ventile mit sehr grosser Schlitzhöhe herstellen wollte. Die Anzahl der Einströmschlitze, d.h. der Ventile, ist ebenfalls begrenzt, und zwar aus zwei Gründen: Zunächst verwirft sich das Bodenblech bei der Herstellung nahe aneinander gereihter Ventile durch die dabei auftretende hohe Beanspruchung. Zwar könnte diese Verwerfung durch ein nachträgliches, aufwendiges Richten des Bodens behoben werden; es bliebe aber ein nicht behebbarer zweiter Nachteil, der darin besteht, dass die durch die Abdeckungen horizontal abgelenkten Gasströme bei seitlich zu nahe angeordneten Ventilen unmittelbar aufeinander zu und dadurch wieder vertikal abgelenkt würden. Dadurch würde das für den Bodenwirkungsgrad ungünstige Mitreis-sen von Flüssigkeitströpfchen zum nächsten Boden verstärkt.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Erhöhung der Gasbelastbarkeit und eine Verringerung des Druckverlusts bei Stoffaustauschböden der eingangs genannten Art unter Vermeidung der bei einer Erhöhung der Grösse und Anzahl der Ventilöffnungen (Einströmschlitze) auftretenden Nachteile zu erreichen.

Diese Aufgabe wird in vorrichtungsmässiger Hinsicht durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und in verfahrensmässiger Hinsicht durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsarten des Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 5 umschrieben.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch das erfindungsgemässe Abrunden der einander zugewandten, die

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Einströmschlitze begrenzenden Kanten der Ränder der Abdeckungen und der Offnungen die Gasbelastbarkeit um etwa 30% erhöht und der Druckverlust ebenfalls um etwa 30% verringert werden kann.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 und 2 starre Ventile bekannter Austauschböden der eingangs genannten Art und in Fig. 3 bis 5 Ausführungsbeispiele starrer Ventile von erfin-dungsgemässen Austauschböden dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten starren Ventils,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein bekanntes, starres Ventil gleicher Art,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfmdungsgemässes, starres Ventil, dessen Kanten durch eine Oberflächenbehandlung gerundet sind, sowie

Fig. 4 und 5 je einen Schnitt durch ein anderes erfmdungsgemässes, starres Ventil bei dessen Herstellung in zwei Verfahrensschritten.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten, bekannten, starren Ventile 1 sind Ventile von Stoffaustauschböden 2 für den Stoffaustausch zwischen einer flüssigen und einer gas- oder dampfförmigen Phase in einer für die Rektifikation bzw. die Absorption verwendeten Kolonne. Jedes Ventil 1 hat eine in einem Abstand über einer Öffnung 3 des aus Blech bestehenden Bodens 2 angeordnete und durch Stege 4 einstückig mit dem Boden 2 verbundene Abdeckung 5. Zwischen den Rändern der Abdeckung 5 und der Öffnung 3 sind zwei Einströmschlitze 6 für die gas- oder dampfförmige Phase gebildet.

Zur Herstellung des bekannten Ventils wurde in bekannter Weise die Abdeckung 5 durch einen in Richtung des Pfeiles 7 vorgeschobenen (nicht dargestellten) Stanzstempel und eine auf der Gegenseite befindliche, entsprechende (nicht dargestellte) Stanzmatrize an ihren beiden Längsseiten vom Boden 2 abgetrennt und gleichzeitig aus diesem herausgedrückt. Die an den Rändern der Abdeckung 5 und der Öffnung 3 infolge des Stanzens entstehenden, ausserordentlich scharfen Stanzkanten 8 und 9 mit den darauf vergrössert angedeuteten Graten (Stanzbrauen) begrenzen, bedingt durch das Herstellungsverfahren, die Einströmschlitze 6. Nach der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis sind die die Einströmschlitze 6-begrenzenden scharfen Kanten 8, 9 und Grate der Grund für die im Vergleich zu den im folgenden beschriebenen Austauschböden mit erfindungsgemäss ausgebildeten Ventilen geringere Gasbelastbarkeit und höheren Druckverluste des bekannten Stoffaustauschbodens 2.

Bei den in Fig. 3 und 5 dargestellten erfindungsgemässen Ventilen 11 und 21 sind die den Teilen 2 bis 9 entsprechenden Teile mit 12 bis 19 und 22 bis 29 bezeichnet. Der Austauschboden 12,22 der Ventile 11,21 besteht aus rostfreiem Stahlblech, das optimale Eigenschaften hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit für die meisten Anwendungsfälle aufweist, bei dessen Stanzen sich aber unvermeidlich verhältnismässig grosse Grate (Stanzbrauen) bilden, welche bei nach dem bisherigen Verfahren hergestellten Ventilen 1 von den Kanten 8, 9 in die Einströmschlitze 6 hineinragen und deshalb die Gasbelastbarkeit stark verringern sowie zu hohen Druckverlusten führen würden.

Bei den erfindungsgemässen Ventilen 11 und 21 sind die einander zugewandten, die Einströmschlitze 16 und 26 begrenzenden Kanten 18, 19 und 28,29 nicht scharf sondern gerundet und somit auch gratlos, wodurch eine hohe Gasbelastbarkeit und geringe Druckverluste erreicht werden.

Das in Fig. 3 dargestellte, erfindungsgemässe Ventil 11 wird in einem ersten Verfahrensschritt in derselben Weise wie das bekannte Ventil 1 durch Stanzen hergestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden dann die einander zu-s gewandten Kanten 18, 19 der Ränder der Öffnung 13 und der Abdeckung 15 durch eine Oberflächenbehandlung abgerundet. Das Abrunden der Kanten kann durch eine mechanische, chemische oder elektrochemische Oberflächenbehandlung, beispielsweise mechanisch durch Sandstrahlen, io Abschleifen oder Abstossen, chemisch durch Beizen und elektrochemisch durch eine elektrolytische Behandlung (elektrolytisches Polieren) erfolgen. Die mechanische Bearbeitung durch Sandstrahlen ist allerdings insofern aufwendig, als die Sandstrahldüse präzise unmittelbar auf die abzu-15 rundenden Kanten jedes Ventils gerichtet werden muss. Entsprechend aufwendig ist das mechanische Abschleifen oder Abstossen der einzelnen Kanten. Die chemische und elektrochemische Oberflächenbehandlung ist demgegenüber einfacher, durch sie wird allerdings die Oberfläche des ganzen 20 Austauschbodens 12 der Behandlung ausgesetzt, wodurch sich die Benetzungseigenschaften des Bodens verändern, was je nach der verwendeten flüssigen Phase einen ungünstigen Einfluss auf den Stoffaustausch haben kann. Um dies zu vermeiden, kann die chemische Behandlung auch auf die einan-25 der zugewandten, die Einströmschlitze 16 begrenzenden Kanten 18,19 beschränkt werden, indem zum Beispiel die für das Beizen verwendete Säurelösung nur auf diese Kanten aufgetragen wird, was aber - ähnlich wie die mechanische Bearbeitung - aufwendig ist.

30 Das im folgenden anhand von Fig. 4 und 5 beschriebene Herstellungsverfahren vermeidet die den Oberflächenbehandlungen inhärenten Schwierigkeiten; es ist einfach, erfordert keine Nachbehandlung des Bodens und führt zu keiner Änderung der Oberflächenbeschaffenheit des Bodens. Wie in 35 Fig. 4 dargestellt, wird in einem ersten Schritt die Abdek-kung 25 des herzustellenden, starren Ventils 21 an ihren beiden Längsseiten durch Stanzen vom Boden 22 abgetrennt, wobei der mit voneinander distanzierten, parallelen Schneiden 30, 31 versehene Stanzstempel 32 nur soweit in Richtung 40 des Pfeils 33 vorgeschoben wird, wie dies zum Abtrennen der Abdeckung 25 gerade erforderlich ist. Die notwendige, entsprechende Stanzmatrize wurde der übersichtlicheren Darstellung wegen wiederum weggelassen. In einem zweiten Schritt wird die abgetrennte Abdeckung 25 - wie in Fig. 5 45 durch den Pfeil 34 angedeutet - mittels eines (nicht dargestellten), der Abdeckung 25 angepassten Druckstempels entgegengesetzt zur Vorschubrichtung 33 des Stanzstempels 32 aus dem Boden 22 herausgedrückt. Indem das Herausdrük-ken der Abdeckung 25 entgegengesetzt zur Vorschubrich-50 tung des Stanzstempels 32 erfolgt, wird erreicht, dass die an der dem Stanzstempel 32 zugewandten Seite des Rands der Abdeckung 25 und der dem Stanzstempel 32 abgewandten Seite des Rands der Öffnung 23 entstehenden scharfen Stanzkanten 35, 36, die Grate bzw. Stanzbrauen aufweisen, 55 auf die einander abgewandten Seiten der Abdeckung 25 und Öffnung 23 zu liegen kommen. Die an der dem Stanzstempel 32 abgewandten Seite des Rands der Abdeckung 25 und der dem Stanzstempel 32 zugewandten Seite des Rands der Öffnung 23 entstehenden, runden Kanten 28,29 begrenzen so-60 mit, einander zugewandt, die Einströmschlitze 26 des Ventils 21.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Abdeckungen durch parallel zum Boden verlaufende Streifen gebildet. Die Abdeckungen könnten aber auch anders, zum 65 Beispiel kreisförmig ausgebildet sein und auch schräg zum Boden verlaufen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

653 564 PATENTANSPRÜCHE

1. Stoffaustauschboden für den Stoffaustausch zwischen einer flüssigen und einer gas- oder dampfförmigen Phase in einer Kolonne, insbesondere für die Rektifikation und die Absorption, mit einem Abstand über Öffnungen (3; 13; 23) des Bodens (2; 12; 22) angeordneten und durch Stege (4; 14;

24) einstückig mit dem Boden (2; 12; 22) verbundenen Abdeckungen (5; 15; 25), wobei zwischen den Rändern der Abdeckungen (5; 15; 25) und der Öffnungen (3; 13; 23) Einströmschlitze (6; 16; 26) für die gas- oder dampfförmige Phase gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten, die Einströmschlitze (16; 26) begrenzenden Kanten (18,19; 28,29) der Ränder der Abdeckungen (15;

25) und Öffnungen (13; 23) gerundet sind.

2. Verfahren zur Herstellung des Bodens nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckungen (5; 15; 25) aus dem Boden (2; 12; 22) durch voneinander distanzierte Schnitte abgetrennt und herausgedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Abtrennung und das Herausdrücken so erfolgt, dass die einander zugewandten, die Einströmschlitze (26) begrenzenden Kanten (28,29) der Ränder der Abdeckungen (25) und Öffnungen (23) gerundet sind, oder die nach dem Abtrennen und Herausdrücken einander zugewandten, die Einströmschlitze (16) begrenzenden Kanten (18,19) der Ränder der Abdeckungen (15) und Öffnungen (13) durch eine Oberflächenbehandlung abgerundet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung durch Stanzen erfolgt, wobei der mit voneinander distanzierten Schneiden (30, 31 ) versehene Stanzstempel (32) nur soweit vorgeschoben wird, wie dies zum Abtrennen gerade erforderlich ist, und darauf in einem zweiten Schritt die abgetrennte Abdeckung (25) entgegengesetzt (34) zur Vorschubrichtung (33) des Stanzstempels (32) aus dem Boden (22) herausgedrückt wird, so dass die an der dem Stanzstempel (32) zugewandten Seite des Abdeckungsrands (25) und der dem Stanzstempel (32) abgewandten Seite des Öffnungsrands (23) entstehenden, Grate aufweisenden, scharfen Kanten (35,36) auf die einander abgewandten Seiten des Abdeckungs- (25) und Öffnungsrands (23) zu liegen kommen und die an der dem Stanzstempel (32) abgewandten Seite des Abdeckungsrands (25) und der dem Stanzstempel (32) zugewandten Seite des Öffnungsrands (23) entstehenden, runden Kanten (28,29) die Einströmschlitze (26) begrenzen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (18,19) durch chemische und/oder elektrochemische Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch Beizen oder eine elektrolytische Behandlung, abgerundet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (18,19) durch eine mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Sandstrahlen, Abschleifen oder Abstossen, abgerundet werden.