CH653564A5

CH653564A5 - FABRIC REPLACEMENT FLOOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF.

Info

Publication number: CH653564A5
Application number: CH577381A
Authority: CH
Inventors: Ulrich Buehlmann
Original assignee: Kuehni Ag
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1986-01-15
Also published as: FR2512351A1; DE3229510A1; GB2106418B; FR2512351B1; DE3229510C2; GB2106418A

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffaustauschboden und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2. The invention relates to a mass transfer tray and a method for its production in accordance with the preambles of claims 1 and 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. Mass transfer trays of this type belong to the so-called valve trays with «rigid» valves. They are e.g. from Switzerland. Patent Nos. 291 798 and 318 804 are known. Like in Switzerland. Patent specification No. 291 798 described, such floors are made from a sheet of metal by z. B. rectangular strips on the two long sides by a punch and a corresponding die from the floor and at the same time pressed out of this, the strips by the resulting on the transverse sides, stretched according to the distance between the cover and floor panel, integrally with these connected connecting webs stay connected to the floor panel. The edges of the strip forming the cover run parallel to the edges of the edges which delimit the opening created in the floor. Inflow slots (slot nozzles) for the gaseous or vapor phase are formed between the mutually facing edges of the edges of the cover and the opening.

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. The mass transfer trays are mainly used for rectification and absorption and are used for the most intimate mixing of the liquid and the gaseous or vaporous phase, the latter being deflected through the openings in the base and from the covers through the inflow slots into those that spread out on the base liquid phase flows.

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. In general, three essential requirements are placed on mass transfer trays, namely high load capacity with regard to gas throughput, high efficiency (high mass transfer rate) and low pressure loss for the gas flow. The mass transfer trays of the type mentioned at the outset are highly efficient and, compared to other trays, such as bubble trays, valve trays with movable valves, e.g. Swirl valve bottoms, cage valve bottoms, folding valve bottoms etc. above all have the advantage of structural simplicity and inexpensive to produce. However, the previous floors of the type mentioned at the beginning are subject to limits with regard to requirements for a high gas load capacity and low pressure losses. Gas loading capacity and pressure losses are essentially determined by the size and number of the valve openings available for the gas flow. The valve openings of the rigid valves are the inflow slots between the edges of the covers and the openings. The size of the inflow slots is limited; because the webs that connect the covers to the floor would be stretched beyond the breaking limit and would therefore tear if you wanted to manufacture rigid valves with a very large slot height. The number of inflow slots, i.e. the valves, is also limited, for two reasons: First, the bottom plate warps during the manufacture of valves placed close to each other due to the high stress that occurs. This fault could be remedied by a subsequent, complex leveling of the floor; however, there would remain a second disadvantage that cannot be remedied, which consists in the fact that the gas streams horizontally deflected by the covers would be directly directed towards one another and thereby vertically deflected again if the valves were arranged too close to the side. This would increase the dragging of liquid droplets to the next floor, which is unfavorable for soil efficiency.

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. The object of the invention is therefore to achieve an increase in the gas loading capacity and a reduction in the pressure loss in the case of mass transfer trays of the type mentioned at the outset, while avoiding the disadvantages which occur when the size and number of valve openings (inflow slots) increase.

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. This object is achieved in terms of the device by the features specified in the characterizing part of claim 1 and in terms of the method by the features specified in the characterizing part of claim 2. Preferred embodiments of the method are described in claims 3 to 5.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch das erfindungsgemässe Abrunden der einander zugewandten, die Surprisingly, it has been shown that the rounding of the mutually facing, the

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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3 3rd

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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. Inflow slot bounding edges of the edges of the covers and the openings can increase the gas load capacity by approximately 30% and the pressure loss can also be reduced by approximately 30%.

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: 1 and 2 show rigid valves of known replacement trays of the type mentioned at the beginning and FIGS. 3 to 5 embodiments of rigid valves of replacement trays according to the invention, which are described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten starren Ventils, 1 is a perspective view of a known rigid valve,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein bekanntes, starres Ventil gleicher Art, 2 shows a cross section through a known, rigid valve of the same type,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfmdungsgemässes, starres Ventil, dessen Kanten durch eine Oberflächenbehandlung gerundet sind, sowie 3 shows a cross section through a rigid valve according to the invention, the edges of which are rounded by a surface treatment, and

Fig. 4 und 5 je einen Schnitt durch ein anderes erfmdungsgemässes, starres Ventil bei dessen Herstellung in zwei Verfahrensschritten. 4 and 5 each show a section through another rigid valve according to the invention in the production thereof in two process steps.

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. The known, rigid valves 1 shown in FIGS. 1 and 2 are valves of mass transfer trays 2 for the mass transfer between a liquid and a gaseous or vapor phase in a column used for rectification or absorption. Each valve 1 has a cover 5 which is arranged at a distance above an opening 3 of the base 2 made of sheet metal and is integrally connected to the base 2 by means of webs 4. Between the edges of the cover 5 and the opening 3 there are two inflow slots 6 for the gas or vapor phase.

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. To produce the known valve, the cover 5 was separated in a known manner by a punch (not shown) pushed in the direction of arrow 7 and a corresponding punch die (not shown) located on the opposite side on both longitudinal sides of the base 2 and simultaneously from the latter pushed out. The extremely sharp punched edges 8 and 9, which arise on the edges of the cover 5 and the opening 3 as a result of the punching, with the ridges (punch brews) indicated on them as a result of the manufacturing process, limit the inflow slots 6. According to the knowledge on which the invention is based, these are the inflow slots 6-delimiting sharp edges 8, 9 and ridges are the reason for the lower gas loading capacity and higher pressure losses of the known mass transfer tray 2 compared to the replacement trays described below with valves designed according to the invention.

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. In the valves 11 and 21 according to the invention shown in FIGS. 3 and 5, the parts corresponding to parts 2 to 9 are designated by 12 to 19 and 22 to 29. The replacement base 12, 22 of the valves 11, 21 is made of stainless steel sheet, which has optimal properties with regard to corrosion resistance for most applications, but the punching of which inevitably forms relatively large burrs (punch brews), which are produced with valves 1 manufactured by the previous method protrude from the edges 8, 9 into the inflow slots 6 and would therefore greatly reduce the gas loading capacity and would lead to high pressure losses.

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. In the valves 11 and 21 according to the invention, the mutually facing edges 18, 19 and 28, 29 which delimit the inflow slots 16 and 26 are not sharp but rounded and thus also burrless, as a result of which a high gas loading capacity and low pressure losses are achieved.

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. The valve 11 according to the invention shown in FIG. 3 is produced in a first method step in the same way as the known valve 1 by stamping. In a second process step, the mutually facing edges 18, 19 of the edges of the opening 13 and the cover 15 are rounded off by a surface treatment. The edges can be rounded off by a mechanical, chemical or electrochemical surface treatment, for example mechanically by sandblasting, io grinding or repelling, chemically by pickling and electrochemically by an electrolytic treatment (electrolytic polishing). The mechanical processing by sandblasting is, however, expensive in that the sandblasting nozzle has to be precisely aimed directly at the rounded edges of each valve. Mechanical grinding or repelling of the individual edges is correspondingly complex. The chemical and electrochemical surface treatment, on the other hand, is simpler, however, it exposes the surface of the entire replacement base 12 to the treatment, which changes the wetting properties of the base, which, depending on the liquid phase used, can have an unfavorable effect on the mass transfer. In order to avoid this, the chemical treatment can also be limited to the edges 18, 19 of the facing edges delimiting the inflow slots 16, for example by applying the acid solution used for the pickling only to these edges, but this - similar to mechanical processing - is complex.

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. 30 The manufacturing process described below with reference to FIGS. 4 and 5 avoids the difficulties inherent in surface treatments; it is simple, does not require post-treatment of the floor and does not change the surface properties of the floor. As shown in FIG. 35, in a first step, the cover 25 of the rigid valve 21 to be produced is separated from the base 22 by punching on its two longitudinal sides, the punch 32 provided with spaced-apart, parallel cutting edges 30, 31 only as far as is advanced in the direction of arrow 33, as is currently required to remove the cover 25. The necessary, corresponding punch die has been omitted for the sake of clarity. In a second step, the separated cover 25 - as indicated in FIG. 5 45 by the arrow 34 - is pressed out of the bottom 22 by means of a pressure stamp (not shown), which is adapted to the cover 25, in the direction opposite to the feed direction 33 of the stamping stamp 32. By pushing out the cover 25 in the opposite direction to the feed direction of the punch 32, it is achieved that the edges of the cover 25 facing the punch 32 and the side of the edge of the opening 23 facing away from the punch 32 are sharp Punching edges 35, 36, which have burrs or punching brows, 55 come to lie on the sides of the cover 25 and opening 23 facing away from one another. The round edges 28, 29 which arise on the side of the edge of the cover 25 facing away from the punch 32 and on the side of the edge of the opening 23 facing the punch 32 thus limit, facing each other, the inflow slots 26 of the valve 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. In the illustrated embodiments, the covers are formed by strips running parallel to the floor. The covers could, however, also be different, for example circular, and also run obliquely to the floor.

s s

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

653 564 PATENT CLAIMS

1. Mass transfer tray for the mass transfer between a liquid and a gaseous or vapor phase in a column, in particular for rectification and absorption, arranged at a distance above openings (3; 13; 23) of the tray (2; 12; 22) and by webs (4; 14;

24) covers (5; 15; 25) which are connected in one piece to the base (2; 12; 22), with inflow slots (6; between the edges of the covers (5; 15; 25) and the openings (3; 13; 23) 16; 26) for the gaseous or vapor phase, characterized in that the mutually facing edges (18, 19; 28, 29) of the edges of the covers (15;

25) and openings (13; 23) are rounded.

2. A method for producing the bottom according to claim 1, wherein the covers (5; 15; 25) from the bottom (2; 12; 22) are separated and pressed out by spaced cuts, characterized in that either the separation and the Pressing out takes place in such a way that the edges (28, 29) of the edges of the covers (25) and openings (23) facing one another and delimiting the inflow slots (26) are rounded, or the inflow slots (16 ) delimiting edges (18, 19) of the edges of the covers (15) and openings (13) are rounded off by a surface treatment.

3. The method according to claim 2, characterized in that the separation is carried out by punching, the punching die (32) provided with spaced-apart cutting edges (30, 31) being advanced only to the extent required for the severing, and then in one second step, the separated cover (25) opposite (34) to the feed direction (33) of the punch (32) is pressed out of the bottom (22), so that on the side facing the punch (32) of the cover edge (25) and the Sharp edges (35, 36), which have burrs and are formed on the side of the opening edge (23) facing away from the punch (32), come to rest on the sides of the cover (25) and opening edge (23) facing away from each other and which 32) facing away from the cover edge (25) and the side of the opening edge (23) facing the punch (32), the round edges (28, 29) which arise form the inflow slots (26).

4. The method according to claim 2, characterized in that the edges (18, 19) are rounded off by chemical and / or electrochemical surface treatment, for example by pickling or an electrolytic treatment.

5. The method according to claim 2, characterized in that the edges (18, 19) are rounded off by mechanical processing, for example by sandblasting, grinding or repelling.