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Rektifikationsverfahren.
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die Dämpfe nicht nur an der Flüssigkeit vorbeistreifen, sondern letztere durchsetzen. Die Verschlechterung des Austausches zwischen Flüssigkeit und Dampf bei Rieselsäulen überwiegt bei weitem den prinzipiellen Vorteil der konsequenten Gegenstromführung.
Demgegenüber ermöglicht vorliegende Erfindung eine weitgehende Annäherung an die Gegen- stromführung von Dampf und Flüssigkeit unter voller Wahrung der günstigsten Austauschverhält- nisse zwischen beiden, wie sie bei Säulen mit getrennten Böden erzielbar sind. Das angewandte Mittel kann als eine konsequente Ereuzstromführung von Flüssigkeit und Dampf auf jedem Boden bezeichnet werden. Die Gesamtheit der Flüssigkeit kommt auf jedem Boden nacheinander mit den einzelnen Teilen der Dämpfe in Berührung, die nahezu senkrecht zur Flüssigkeitsbewegung strömen. Die Dämpfe weisen dabei in jedem Querschnitt des Flüssigkeitslaufes einen in Richtung der Flüssigkeitsströmung stetig zunehmenden Gehalt an Schwerersiedendem auf.
Eine Durchmischung der Dämpfe auf ihrem Wege von einem Boden zum anderen wird ebenso wie die der Flüssigkeit auf dem Boden nach Möglichkeit unterbunden, damit sich die Kreuzstromführung auf den verschiedenen Böden gegenseitig verstärkt.
Der Erfindungsgedanke wird in der Weise verwirklicht, dass man die Flüssigkeit auf einem möglichst langen Wege in dünner Schicht mit grösserer Geschwindigkeit einheitlich über die Rektifikationböden hinwegfliessen lässt, während die Dämpfe in zahlreiche kleine Blasen aufgelöst, die Flüssigkeitschicht durchsetzen. Die Dampfbewegung erfolgt im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Flüssigkeitsbewegung, um eine Vermischung der Flüssigkeit in der Strömungsrichtung zu verhindern. Damit die Dämpfe die Flüssigkeitsbewegung bei ihrem Durchtritt durch den Boden möglichst wenig stören, kann man letztere auch in Strömungsrichtung austreten lassen. Der Abstand der Durchtrittsöffnungen für den Dampf auf dem Boden ist so gross zu wählen, dass die einzelnen Dampfblasen sich innerhalb der Flüssigkeit nicht vereinigen.
Er beträgt zweckmässig mindestens das Doppelte des Lochdurchmessers.
Die gewünschte Gegenstromwirlung zwischen Flüssigkeit und Dampf ist um so grösser, je gleichmässiger die Strömung der Flüssigkeit, je grösser ihre Geschwindigkeit, je länger ihr Weg und je dünner ihre Schicht ist. Eine gewisse Mindesthöhe der Flüssigkeitssehicht darf jedoch nicht unterschritten werden, um einen genügend intensiven Austausch zwischen Flüssigkeit und Dampf und einen gleichmässigen Durchtritt des Dampfes durch den Boden mit Rücksicht auf den Niveauabfall der Flüssigkeit zu gewährleisten.
Eine geeignete Ausführungsform des Rektifikationsbodens ist in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Rektifikationssäule. Die Flüssigkeit wird durch den Zulauf 1 auf den ringförmigen Rektifikationsboden 3, eine mit engen Löchern versehene Siebplatte, aufgegeben, deren Innenteil konzentrisch zur Säule kreisförmig abgedeckt ist. Die Abdeckung des inneren Teiles des Rektifikationsbodens besitzt zweckmässig eine Höhe, die nicht oder nicht viel kleiner ist als der Abstand zweier Böden. Nach Durchlaufen der Kreisringfläche 3 gelangt die Flüssigkeit über den Überlauf 5 in den Ablauf 2, der gleichzeitig der Zulauf des nächsttieferen Bodens ist, auf welchem die Flüssigkeit dann in gleicher Weise fliesst.
Zu-und Ablauf sind durch eine bis zum nächsten Boden gehende Wand getrennt, und die Sektorabsehnitte des Zu-und Ablaufs sind gegen Gasdurehtritt dicht abgedeckt. Sie sind auf jedem Boden gegen den vorhergehenden in der Weise versetzt, dass die Flüssigkeit auf allen Böden in der gleichen Richtung fliesst. Die Dämpfe, die senkrecht nach oben strömen, treten durch die kleinen Löcher der Siebplatte hindurch und durchsetzen die über die Siebplatte fliessende Flüssigkeit in fein verteilter Form. Hiedurch wird eine intensive Berührung zwischen Flüssigkeit und Dampf erzielt, ohne dass in der Flüssigkeit Gegenströmungen oder Querströmungen hervorgerufen werden.
Der Dampfquerschnitt zwischen den Böden ist so gross, dass die Dampfströmung laminar ist und infolgedessen die Zusammensetzung der Dämpfe zwischen zwei Böden in senkrechter Richtung praktisch unverändert bleibt, dagegen in jedem Kreissektor von dem über dem Flüssigkeitzulauf liegenden Teil des Bodens bis zu dem über dem Flüssigkeitsablauf gelegenen hin stetig an schwerersiedendem Bestandteil reicher ist.
Ausser der beschriebenen Ausführungsform des Bodens sind zahlreiche andere möglich. Man kann beispielsweise die Siebblechböden ersetzen durch sogenannte Glocken-oder Hütchenboden, bei denen der Dampf durch von kleinen Hütchen überdeckte Rohre hindurehgeführt wird und unter der Flüssigkeitsoberfläche in kleinen Blasen austritt. Wesentlich ist stets, dass bei intensiver Berührung zwischen Flüssigkeit und Dampf eine Durehmisehung der Flüssigkeit in den Richtungen der Strömungsebene verhindert wird.
Das Verfahren ist besonders geeignet zur Zerlegung von flüssiger Luft und anderen tiefsiedenden Gemischen, kann jedoch auch mit Vorteil für die Rektifikation beliebig hochsiedender Flüssigkeiten verwendet werden. Die Steigerung des Wirkungsgrades, die durch die Erfindung erzielt wird. beträgt etwa 100% und hat daher bei gleicher Leistung eine wesentliche Verringerung der äusseren Abmessungen der Säulen zur Folge, ein Vorzug, der sich besonders bei der Verarbeitung tiefsiedender Gemische mit Rücksicht auf die von der Grösse der Apparatur abhängigen Kälteverluste bemerkbar macht. Ein weiterer Vorteil der neuen Böden besteht darin, dass man mit einer geringeren Zahl auskommt und hiedurch der Druckabfall in der Rektifikationssäule kleiner wird als bisher.
Dies ist gleichfalls für die Zerlegung tiefsiedender Gemische besonders wichtig, da hiedureh die Kompressionsenergie verringert wird.