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Austauschboden für die Rektifikation Der Stoffaustausch auf einem
Kolonnenboden verläuft bekanntlich dann am günstigsten, wenn folgende Bedingungen
erfüllt sind: 1. Die Vermischung der Flüssigkeit soll weitgehend vermieden werden,
so daß sich längs des Flüssigkeitspfades ein Konzentrationsgefälle ausbilden kann.
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2. Die einzelnen Flüssigkeitspfade sollen die gleiche Länge besitzen.
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3. Die Flüssigkeitsmenge soll für alle Pfade dieselbe sein.
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4. Längs jeden Pfades soll die Flüssigkeit mit der gleichen Dampfmenge
in Austausch gebracht werden.
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5. Unabhängig vom Dampf- und Flüssigkeitsdurchsatz soll die Flüssigkeitshöhe
auf dem Boden immer die gleiche sein.
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6. Der Flüssigkeitsinhalt der Kolonne und damit auch des einzelnen
Bodens soll möglichst niedrig sein.
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Bei den üblichen Glockenböden können diese Bedingungen nur unvollständig
verwirklicht werden.
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Etwas günstiger liegen in dieser Beziehung die Verhältuisse bei Böden,
in denen die Flüssigkeit in einzelnen parallelen Rinnen über den Boden geleitet
wird. Hier ergibt sich aber folgende konstruktive Schwierigkeit: Sind alle Rinnen
gleich lang und untereinander parallel, so ergibt sich für den dampfdurchsetzten
Querschnitt des Bodens ein Rechteck, das den zur Verfügung stehenden kreisförmigen
Ouerschnitt der Kolonne nur sehr schlecht ausnutzt.
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Ferner sind Austauschböden mit radialer Strömung von innen nach außen
und von außen nach innen bekanntgeworden. Bei ihnen ist aus geometrischen Gründen
der Querschnitt für die über den Boden strömende Flüssigkeit innen eng und außen
weit, was immer ungünstige Folgen für die Wirkungsweise des Bodens nach sich zieht.
Es sind auch schon Konstruktionen bekanntgeworden, bei denen die Flüssigkeit in
gewundenen oder S-förmigen Wegen von innen nach außen oder auch umgekehrt strömt.
Derartige Anordnungen haben den Nachteil, daß diese meist kompliziert geformten
Flüssigkeitsrinnen entweder aus mehreren Stücken zusammengesetzt werden müssen,
was viel Handarbeit erfordert oder mittels einer sehr komplizierten Alatrize gezogen
werden müssen. Sie weisen ferner den Nachteil auf, daß die Länge der einzelnen Pfade
in einem festen Verhältnis zum Durchmesser des Rektifikationsbodens steht oder höchstens
nur geringfügig variiert werden kann, so daß sich bei großen Böden zu lange, bei
kleinen Böden zu kurze Flüssigkeitspfade ergeben.
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Diese Schwierigkeiten werden durch die im folgenden näher beschriebene
Konstruktion vermieden. Sie beruht darauf, daß die Achsen der Flüssigkeitsrinnen
die Form von Kreisevolventen besitzen, wodurch sich zwangläufig eine gleiche Länge
der einzelnen Rinnen bei gleichbleibendem Abstand und damit gleichbleibendem Strömungsquerschnitt
ergibt. Um die Flüssigkeit bei kleinem Rinnenquerschnitt und damit kleinem Flüssigkeitsinhalt
pro Boden in der beabsichtigten Richtung vom Zulauf zum Ablauf zu fördern, und vor
allem, um auch bei hohem Dampf- und Flüssigkeitsdurchsatz einen Aufstau der Flüssigkeit
zu vermeiden, werden die Dampfaustrittsöffnungen am Rande der Rinne so angeordnet,
daß durch den in die Flüssigkeit eintretenden Dampf diese in der beabsichtigten
Richtung vorwärts gestoßen wird. Diese Förderung ist dann am intensivsten, wenn
der Dampfdurchsatz am größten ist, was bei gleichbleibendem Rücklaufverhältnis auch
der größten zu fördernden Flüssigkeitsmenge entspricht.
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Eine beispielhafte Ausführungsform des Bodens zeigen die Abb. 1 bis
4.
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Abb. 1 stellt dabei eine Aufsicht auf den Boden dar, Abb. 2 einen
senkrechten Schnitt durch einen Kolonnenteil mit insgesamt drei Böden, Abb. 3 einen
stark vergrößerten waagerechten Schnitt durch eine einzelne Rinne, wobei die Schnittebene
nur wenig oberhalb des Rinnenbodens liegt, Abb. 4 stellt einen senkrechten Schnitt
durch eine Rinne und zwei benachbarte Dampfdurchtrittshauben dar.
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Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit steht dabei senkrecht zur Zeichnungsebene;
in den Abb. 1 bis 3 ist sie durch Pfeile angedeutet. Der zu rektifizierende Dampf
strömt in Abb. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene, in Abb. 2 parallel zur Zeichnungsebene
von unten nach oben.
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Die Flüssigkeit wird dem obersten in Abb. 2 gezeichneten Boden vom
Rande her zugeführt, wobei Siphon 1 in bekannter Weise als Dampfabschluß wirkt.
Die Flüssigkeit durchströmt dann die
Rinnen 6, deren Achsen die
Form von Kreisevolventen haben, von außen nach innen und fällt über den Überlauf
2 in das Fallrohr 3, das bei 4 in bekannter Weise durch ein Siphon abgeschlossen
ist. Den mittleren Boden, der auch in Abb. 1 in Ansicht von olen dargestellt ist,
durchströmt sie dann von innen nach außen und fällt über den Überlauf 8 in den ringförmigen
Raum zwischen dem Innenmantel 9 und dem Außenmantel 10 der Kolonne. um dann wieder
durch Siphon 1 dem nächsttieferen Boden zuzuströmen.
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Die Form der Flüssigkeitsrinnen 6, der Dampfdurchtrittshauben 5 und
der Gasaustrittsöftnungen 7 ist aus Abb. 3 und 4 zu ersehen. Der Dampf steigt durch
den Schlitz 11 zwischen je zwei benachbarten Rinnen in der in Abb. 4 durch Pfeile
gekennzeichneten Weise nach oben, wird von der Dampfdurchtrittshaube 5 nach beiden
Seiten und dann nach unten geführt und tritt schließlich durch die Schlitze zwischein
den einzelnen Blechlappen 7 seitlich in die in den Rinnen 6 strömende Flüssigkeit
ein. Um dabei die schon weiter oben erwähnte Förderwirkung zu erreichen, sind die
Blechlappen 7 z. B. in der aus Abb. 3 näher zu ersehenden Weise verschränkt, so
daß der Dampf die durch kleine Pfeile gekennzeichnete Richtung erhält und so die
in Richtung des großen Pfeils strömende Flüssigkeit vorwärts treibt.
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Um ein Schaukeln der Flüssigkeit in den Rinnen zu vermeiden, kann
nach Abb. 4 in diese eine Dämpfungsleiste 12 eingelegt oder auch eine entsprechende
Sicke eingedrückt werden.
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Da es bekanntlich etwas günstiger ist, die Flüssigkeit im Gleichstrom
über die Böden zu führen, wobei sie also auf allen Böden von innen nach außen oder
auf allen Böden von außen nach innen strömt, können in Abweichung von der gezeichneten
Anordnung in an sich bekannter Weise auch Rückführungsrohre oder Rinnen angebracht
werden, durch die z. B. die über den Ablauf 8 abfließende Flüssigkeit nicht zum
Rand, sondern zur Mitte des nachfolgenden Bodens geleitet wird.
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Sind alle Böden so gestaltet, daß z. B. das äußere Rinnenende gegenüber
dem Rinnen anfang entgegen dem Uhrzeigersinn zurückgebogen ist, so kommt ein bestimmtes
Flüssigkeitsvolumen immer wieder an Punkte, die senkrecht untereinander liegen.
Es kann sich dann, besonders bei großen Kolonnendurchmessern und nicht genau waagerechter
Einjustierung der Böden ein Zustand ausbilden, bei dem die Konzentration der Flüssigkeit
über dem Umfang des
Bodens nicht konstant ist, also z. B. links höher ist als rechts.
Um dies zu vermeiden, können bei Kolonnen mit Strömung von außen nach innen und
von innen nach außen (ungleichsinnige Flüssigkeitsführung) jeweils abwechselnd Böden
eingebaut werden, bei denen daß äußere Rimlenende gegenüber dem inneren entgegen
dem Uhrzeigersinn oder mit dem Uhrzeigersinn verdreht ist. Bei gleichsinniger Flüssigkeitsführung,
also z. B. bei Strömung auf allen Böden von innen nach außen, wird jedoch bei allen
Böden das äußere Rinnenende entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn gegen das innere
Rinnenende verdreht. In beiden Fällen rotiert also die Flüssigkeit im gleichen Siml
auf allen Böden.
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PATENTANSPR1JCIIE 1. Austauschboden für die Rektifikation, bei dem
die Flüssigkeit in Rinnen von innen nach außen oder von außen nach innen strömt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Rinnen die Form von Kreisevolventen besitzen.