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Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten
Flüssigkeitsverteiler aus Glas für Destillationskolonnen.
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Flüssigkeitsverteiler für Kolonnen sind in der Industrie schon
seit langem bekannt und daher umfangreich beschrieben. Generelle
Zielvorgabe ist es hierbei, eine flüssige Phase gezielt - und in
der Regel somit möglichst gleichmäßig - über den Querschnitt zu
verteilen. Im Falle korrosiver Medien werden die Verteiler
üblicherweise aus Glas bzw. glasierter Keramik eingesetzt.
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In der EP-A 878221 ist eine Verteilervorrichtung mit einem System
von Verteilerrohren beschrieben. Hierbei strömt das Fluid durch
die Verteilerrohre und anschließend durch die aus Glasrohrstücken
geformten Düsen. Bei Flüssigkeitsbelastungen kleiner als etwa
1 m3/m2 h kann dieser Flüssigkeitsverteiler jedoch nur noch
schlecht eingesetzt werden. Weiterhin gestaltet sich die
Reinigung des geschlossenen Rohrsystems schwierig. Im Falle einer
überhöhten Fluidzugabe kann das Fluid im Rohrsystem nicht
ablaufen - dies führt wegen der daraus resultierenden
Unregelmäßigkeiten zu einem schlechten Überlastverhalten. Bei ausgasenden
Systemen können Gasblasen das Rohrsystem blockieren und es kann zum
Pulsieren des Ablaufes kommen.
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Bei sogenannten Rinnenverteilern, wie sie z. B. von
QVF-Engineering GmbH erhältlich sind wird die Flüssigkeit mittels Rinnen,
welche Bohrungen im Grund der Rinnen aufweisen, verteilt. Der
Einsatz dieser handelsüblichen Verteiler dieser Bauart gestaltet
sich bei speziellen verfahrenstechnischen Anforderungen als
schwierig. Insbesondere bei Aufgabemengen kleiner als 1 m3/m2 h
kann keine gleichmäßige Verteilung gewährleistet werden. In den
handelsüblichen Rinnenverteilern, welche in der Regel eine
Glaswandstärke von etwa 5 mm aufweisen, sind Bohrungen zum Durchlass
des Fluids erforderlich. Diese Bohrungen können aus
fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Gründen eine Größe von 3 mm
nicht unterstreiten. Das direkte Bohren solcher kleinen Löcher in
den Verteilerboden gestaltet sich jedoch als fertigungstechnisch
aufwendig und kostenintensiv. Weiterhin stellt sich bei oben
offenen Rinnenverteilern das Problem, dass im Falle einer
Flüssigkeitsüberlastung sich der Flüssigkeitsstand in der Rinne
aufpegelt und letztlich unkontrolliert und somit ungleichmäßig über
die Rinne überläuft.
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In der DE-A 29 43 687 wird ein. Tüllenverteiler mit Rohren zur
Flüssigkeitsverteilung beschrieben. Diese Verteilertypen haben
lediglich eine freie Gasdurchtrittsfläche von etwa 40 bis 55%.
Dies führt jedoch zu unerwünscht hohen Druckverlusten.
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Es stellte sich somit die Aufgabe einen verbesserten
Flüssigkeitsverteiler mit Verteilerrinnen zu finden, welcher den
genannten Nachteilen abhilft und der eine verfahrenstechnisch einfache
und verlässliche Verteilung des Fluids ermöglicht. Weiterhin soll
auch bei niedrigen Aufgabemengen eine gleichmäßige Verteilung
ermöglicht werden.
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Demgemäss wurde ein Flüssigkeitsverteiler aus Glas enthaltend
eine oder mehrere Verteilerrinnen gefunden, in welche ein oder
mehrere Glasrohre eingeschmolzen sind, wobei die Glasrohre
oberhalb des Bodens der Verteilerrine jeweils mindestens eine
seitliche Bohrung aufweisen, welche ein Durchströmen von Flüssigkeit
durch das Glasrohr ermöglichen.
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Die Glasrohre werden in die Verteilerrinne eingeschmolzen.
Üblicherweise besitzen die Glasrohre einen Außendurchmesser von
etwa 5 bis 15 mm. Für die Montage der Gasrohre sind entsprechende
Bohrungen in der Verteilerrinne vorzusehen. Die Glasrohre haben
üblicherweise eine Wandstärke von etwa 1 mm bis 2 mm und eine
Länge von etwa 35 bis 60 mm, bevorzugt 45 bis 55 mm. Die
Glasrohre weisen oberhalb des Bodens der Verteilerrinne eine
seitliche Bohrung auf. Diese hat üblicherweise einen Durchmesser von
etwa 1 bis 2,9 mm, bevorzugt 1,5 bis 2,5 mm. Durch die Glasrohre
mit der seitlichen Bohrung kann der Arbeitsbereich des
Flüssigkeitsverteilers vorteilhafterweise erweitert werden, da eine
gleichmäßige Verteilung auch bei niedrigen Aufgabemengen
gewährleistet ist. Bevorzugt liegt die Aufgabemenge bei etwa
0,3 bis 0,9 m3/m2 h, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8 m3/m2 h. Die
seitliche Bohrung ist bevorzugt etwa 1 bis 30 mm oberhalb des
Bodens der Verteilerrinne positioniert. Oberhalb der Bohrung
erstreckt sich das Glasrohr bevorzugt noch etwa um 4 bis 44 mm. Die
Fertigung dieser Bohrung an dem Glasrohr gestaltet sich wegen der
niedrigeren Wandstärke fertigungstechnisch einfacher und
kostengünstiger als direkt in der Verteilerrinne. Weiterhin eröffnet
sich die Möglichkeit, im Falle eines Fertigungsfehlers einfach
das defekte Glasrohr auszutauschen. Der aufwendige und
kostenintensive Austausch der Verteilerrinne kann so vermieden werden.
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Um ein gleichmäßiges Ausströmen des Fluids zu ermöglichen enden
die Glasrohre bevorzugt etwas unterhalb der Verteilerrinne.
Üblicherweise ragen sie etwa 5 bis 20 mm unterhalb des Bodens der
Verteilerrinne heraus.
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Durch die Positionierung der seitlichen Bohrungen in den
Glasrohren oberhalb des Bodens der Verteilerrinne wird die
Schmutzempfindlichkeit des Verteilers verringert, da eventuell
mitgetragener Schmutz am Boden der Verteilerrinne sedimentieren kann und
nicht durch die seitliche Bohrung im Glasrohr gelangt. Weiterhin
ermöglicht das oben offene Glasrohr im Falle des Betriebes mit
überhöhter Fluidzugabe ein Ablaufen des Fluids durch die "große"
Öffnung des Glasrohres oberhalb der seitlichen Bohrung, sobald
der Flüssigkeitsstand in der Verteilerrinne dieses Höhenniveau
erreicht hat. Auch in diesem Fall wird vorteilhafterweise eine
gleichmäßige Aufgabe des Fluids gewährleistet und ein
unkontrolliertes Überlaufen an der oben offenen Verteilerrinne vermieden.
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Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vergleich zu
Tüllenverteilern auch bei hohem Lastbereich einen relativ
geringen Druckverlust. Dies ist auf die höhere freie
Gasdurchtrittsfläche zurückzuführen. Sie liegt bei etwa 65 bis 70%.
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Generell ist es wesentlich, die seitlichen Bohrungen nach ihrer
Fertigung nicht zu verglasen. Durch den Vorgang des Verglasens
erhöht sich unerwünschterweise der Lochdurchmesser. Weiterhin
kann dies zu einer unerwünschten Streuung der tatsächlichen
Lochdurchmesser führen, was sich negativ auf die Gleichmäßigkeit der
Verteilung auswirkt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für den
Einsatz in Kolonnen in Anwesenheit von korrosiven Medien.
Besonders eignet sie sich beispielsweise für den Einsatz bei der
Rektifikation von sehr aggressiven Medien z. B.:
Schwefelssäureanlagen, Absorptionskolonnen (HCI- und HBr-Absorption),
Strippkolonnen (Entfernung von chlorierten Kohlenwasserstoffen)
Rektifikation (Destillative Trennung hochempfindlicher Wirkstoffe) sowie
im Rahmen der Reindestillation bei der Herstellung von
Methansulfonsäure. Der Einsatz von Verteilern aus Metall ist bei diesen
Anwendungen wegen der Unbeständigkeit nicht möglich.
Beispiel
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Im folgenden ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem die
Verteilgüte eines Verteilers mit einer Verteilerrine von 520 mm
Länge und 10 Glasrohren mit seitlichen Bohrungslöchern von 2 mm
ermittelt wurde. Unter Verteilgüte ist hierbei die prozentuale
Abweichung des Istwertes in einem Glasröhrchen im Vergleich zum
Mittelwert zu verstehen. In der Darstellung sind für drei
Versuchsreihen die einzelnen Durchsätze in den Glasrohren sowie die
jeweiligen Mittelwerte zu sehen.
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Bei dem Durchsatz von 3,5 l/h je Glasrohr (Aufgabemenge 0,28 m3/m2 h)
lag der Flüssigkeitsstand etwa 5 mm über der seitlichen
Bohrung und es ergab sich eine Verteilgüte von etwa 5%.
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Bei dem Durchsatz von 5,0 l/h je Glasrohr (Aufgabemenge 0,4 m3/m2 h)
lag der Flüssigkeitsstand etwa 10 mm über der seitlichen
Bohrung und es ergab sich eine Verteilgüte von etwa 2%.
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Bei einer Belastung von 5,0 l/h verschlechterte sich die
Verteilgüte nach Verglasen der seitlichen Bohrungen von 2% auf über 12%.
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Für entsprechende handelsübliche Verteiler mit Verteilerrinne
ohne Glasrohre mit seitlichen Bohrungen wurde eine Verteilgüte
von etwa 6% bei einer Aufgabemenge von 1,0 m3/m2 h ermittelt.
Handelsübliche Verteiler für einer Flüssigkeitsaufgabe < 1,0 m3/m2 h
gibt es nicht.