Apparat zum Destillieren mit Wasserdampf
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zum Destillieren mit Wasserdampf in einer Sprudelschicht.
Es sind Apparate zum Destillieren mit Wasserdampf in einer Sprudelschicht bekannt, die beim Durchströmen von direktem Wasserdampf durch eine Schicht der Destillierflüssigkeit im Rohrinnenraum des Rohrbündelaustauschers entsteht. Hierbei wird Heizdampf zum Verdampfen der Destillierflüssigkeit in den Rohrinnenraum des Wärmeaustauschers geleitet (siehe beispielsweise das Fachbuch von J. Ziborowski Prozesse der chemischen Technologie , Leningrad 1958, S. 636).
Im Rohrinnenraum bekannter Apparate erreicht die Säule der Destillierflüssigkeit bedeutende Höhe, wodurch grosser Strömungswiderstand entsteht, aber geringe Verwirbelung der Destillierflüssigkeit eine niedrige Wärmedurchgangszahl bedingt. Ausserdem kann lang währendes Verweilen der Flüssigkeit im Rohrinnenraum zu deren Verharzung führen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, einen solchen Apparat zum Destillieren mit Wasserdampf in einer Sprudelschicht zu entwickeln, der geringen Strömungswiderstand und hohe Wärmedurchgangszahl besitzt und bei dem Verharzung der Destillierflüssigkeit ausgeschlossen ist.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Apparat zum Destillieren mit Wasserdampf in einer Sprudeischicht erfindungslgemäss in übereinander gestellte Kammern unterteilt ist, die miteinander verbunden sind, damit die Destillierflüssigkeit der Reihe nach durch alle Kammern herabfliessen kann, von denen jede eine Rohrleitung zum Zuführen, zum Durchführen durch die Kammer und zum Herausführen aus dieser von Heizdampf, der zum Verdampfen der Destillierflüssigkeit dient, und Eilnlass- und: Auslassstutzen für direkten Wasserdampf, der zum Befördern der erhaltenen organischen Dämpfe dient, besitzt.
Es ist zweckmässig, den Apparat durch Zwischenwände in Kammern zu unterteilen, von denen jede einen Wasserverschluss besitzt, der den Durchfluss der Destillierflüssigkeit aus einer Kammer in die andere ermöglicht und der das Durchströmen von Dampf aus einer Kammer in die andere verhindert.
Die Rohrleitung zum Durchführen von Heizdampf durch die ganze Kammer kann in Form von mindestens einem rohrschlangenförmigen Durchflussboden, der mit Sammelleitungen verbunden ist, ausgeführt sein.
Zweckmässigerweise ist unter jedem rohrsohlangen- förmigem Durchflussboden ein gelochter Durchflussboden angeordnet.
Zum gleichmässigen Verteilen des direkten Wasserdampfes über den Kammerquerschnitt ist es zweckmässig, im Unterteil jeder Kammer einen gelochten Verteilerkegel einzusetzen.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels und anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigt:
Fig. 1 das Prinzipbauschema des erfindungsgemässen Apparats zum Destillieren mit Wasserdampf,
Fig. 2 das Schema der erfindungsgemässen Appa ratkammer und
Fig. 3 das Schema der erfindungsgemässen Apparatkammer mit gelochtem Durchflussboden.
Der erfindungsgemässe Apparat zum Destillieren mit Wasserdampf ist in Höhenrichtung in Kammern 1 (Fig. 1) unterteilt, die übereinander gestellt sind.
Die Kammern 1 sind miteinander verbunden, damit die Destillierflüssigkeit von oben nach unten in Pfeil richtungA alle Kammern durchfliessen kann. Jede Kammer 1 besitzt eine Rohrleitung zum Zuführen, zum Durchführen durch die Kammer und zum Herausführen aus dieser von Heizdampf, der zum Verdampfen der Destillierflüssigkeit dient, wobei zum Zuführen von Heizdampf in Pfeilrichtung B und zum Herausführen des Kondensats dieses Dampfes in Pfeilrichtung B' die Rohrleitung in Form von Rohransätzen 2 ausgeführt ist.
Zum Befördern der bei der Flüssigkeitsdestillation erhaltenen organischen Dämpfe besitzt jede Kammer 1 den Einlassstutzen 3, über den direkter Wasserdampf aus der Sammelleitung 4 in Pfeilrichtung C zugeführt wird, und den Auslassstutzen 3, über den der Wasserdampf in Pfeilrichtung C' in die Sammelleitung 5 für organische Dämpfe und Wasserdampf abgeführt wird.
Der Apparat wird durch Zwischenwände 6 in Kammern 1 unterteilt, von denen jede einen Wasserverschluss 7 besitzt, der das Herabfliessen in Pfeilrichtung A der Destillierflüssigkeit aus einer Kammer in die andere ermöglicht und der das Durchströmen von organischem Dampf und von Wasserdampf aus einer Kammer in die andere verhindert.
Auf diese Weise wird ein und dieselbe Destillierflüssigkeit mit frischem Direktdampf behandelt, wodurch die Intensität des Prozesses im Apparat verstärkt wird.
Die Rohrleitung zum Durchführen des Heizdampfes durch die gesamte Kammer 1 hat die Form eines rohrschlangenförmigen Durchflussbodens 8, der mit den Rohransätzen 2 verbunden ist, wobei durch die Spalten zwischen den Rohrwindungen des Bodens direkter Wasserdampf strömt, der zusammen mit der Destillierflüssigkeit eine Sprudelschicht erzeugt.
Zum Verdampfen der Destillierflüssigkeit wird in den rohrschlangenförmigen Durchflussböden 8 über die Rohrsätze 2 Heizdampf aus der Sammelleitung 9 in Pfeilrichtung B geführt, während das Kondensat dieses Dampfes in Pfeilrichtung B' in die Sammelleitung 10 abgeführt wird.
Auf diese Weise erfüllt der rohrschlangenförmige Durchflussboden 8 die Aufgabe einer Wärmeaustauschfläche. Die Wärmedurchgangszahl des rohrschlangenförmigen Bodens 8 ist beim Sprudeln infolge der intensiven Verwirbelung der Ströme auf dem Boden sehr hoch und kann einen Wert von 1000 kcal/m2 h gdr C erreichen.
Erhöhung der Anzahl von rohrschlangenförmigen Durchflussböden 8 in jeder Kammer ruft einen bedeutenden Rektifikationseffekt im Apparate hervor und hängt von der Wärmebelastung des Apparats ab.
Im Unterteil jeder Kammer 1 wird ein gelochter Kegel 11 eingesetzt, der gleichmässige Verteilung des Direktdampfes über den Kammerquerschnitt gewährleistet.
Um geringere Forderungen in bezug auf Unveränderlichkeit der Spaltgrösse zwischen den Windungen des rohrschlangenförmigen Durchflussbodens 8 stellen zu können und um die Wärmeaustauschfläche des Bodens zu vergrössern, wird unter jedem Durchflussboden 8 ein gelochter Durchflussboden 12 (Fig. 3) angeordnet.
Flüssigkeit wird im erfindungsgemässen Apparat wie folgt destilliert.
Destillierflüssigkeit wird von oben her in Pfeilrichtung A (Fig. 2) in den Apparat geleitet und durchfliesst der Reihe nach alle Kammern, wobei sie über den Rand des Wasserverschlusses 7 fliesst und sich gleichmässig auf der Oberfläche der rohrschlangenförmigen Durchflussböden 8 oder der gelochten Durchflussböden 12 (Fig. 3) verteilt.
Heizdampf wird in Pfeilrichtung B in jeden rohrschlangenförmigen Durchflussboden 8 geführt, während direkter Wasserdampf in Pfeilrichtung C in jede Kammer geleitet wird und sich dank des gelochten Kegels 11 gleichmässig über ihren Querschnitt verteilt.
Direkter Wasserdampf strömt durch die Destillierflüssigkeitsschicht, die sich auf den Durchflussböden 8 und 12 befindet, erzeugt eine Sprudelschicht und trägt die gebildeten organischen Dämpfe in Pfeilrichtung C' (Fig. 2) in die Sammelleitung 5 heraus.
Heizdampfkondensat aus den rohrschlangenförmigen Durchflussböden 8 wird in Pfeilrichtung B' in die Sammelleitung 10 geführt.
Somit ist der erfindungsgemässe Apparat zum Destillieren mit Wasserdampf einfach in der Herstellung, der technologische Prozess im Apparat kann leicht berechnet und letzterer unschwer konstruiert werden. Der Apparat kann dank seiner kammerartigen Bauart im weiten Bereich mit Dampf und Flüssigkeit belastet werden. Im Apparat findet dank der hohen Flüssigkeitsstromverwirbelung auf den Böden intensiver Wärmeaustausch bei der turbulenten Vermischung von Direktdampf und Flüssigkeit statt, wodurch in Verbindung mit der vielfachen Behandlung durch Frischdampf ausserordentlich günstige Bedingungen für die Verdampfung geschaffen werden.
Darüber hinaus wird die Wärmeaustauschfläche, die als rohrschlangenförmiger Sprudelschicht-Durchflussboden ausgeführt ist, ununterbrochen von der durchfliessenden Flüssigkeit bespült und mit direktem Wasserdampf angeblasen, wodurch die Möglichkeit der Verschmutzung der Oberfläche der Rohrschlangen durch Produkte der thermischen Zersetzung der Destillierflüssigkeit vermindert wird.
Der erfindungsgemässe Apparat kann als Blase für Vakuumrektifikationssäulen insbesondere in den Fällen verwandt werden, wenn sorgfältige Entfernung flüchtiger Beimengungen, beispielsweise aus nichtflüchtigen Blasenrückständen, erforderlich ist.