DE1042537B - Fraktionierkolonne - Google Patents

Fraktionierkolonne

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Publication number
DE1042537B
DE1042537B DEP19028A DEP0019028A DE1042537B DE 1042537 B DE1042537 B DE 1042537B DE P19028 A DEP19028 A DE P19028A DE P0019028 A DEP0019028 A DE P0019028A DE 1042537 B DE1042537 B DE 1042537B
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DE
Germany
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column
evaporation
evaporation zone
section
evaporator
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Pending
Application number
DEP19028A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Chem Dr Dietrich Spannuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pintsch Bamag AG
Original Assignee
Pintsch Bamag AG
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Publication date
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Publication of DE1042537B publication Critical patent/DE1042537B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/24Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with sloping plates or elements mounted stepwise

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • Fraktionierkolonne Es ist bekannt, Substanzen, die verschieden flüchtig sind, durch fraktionierende Destillation kontinuierlich zu trennen. Im allgemeinen geht man dabei so vor, daß man das aufzutrennende Gemisch entweder nach eventueller Vorwärmung in eine Heiz- und Verdampfungsapparatur einführt, die sich am unteren Ende einer Fraktionierkolonne befindet, oder aber nach Einstellung einer festgelegten Temperatur dort in eine Fraktionierkolonne einführt, wo entsprechend der Zusammensetzung des einzuführenden Gemisches und entsprechend der Siedetemperatur dieses Gemisches nach dem Siedediagramm das Gut ohne Störung der Gleichgewichtsverhältnisse im Innern der Fraktionierkolonne aufgegeben werden kann.
  • Bei Fraktionierkolonnen für kontinuierlichen Betrieb entnimmt man meistens die leichtflüchtigen Bestandteile am Kolonnenkopf, während man die schwerflüchtigen Anteile am Kolonnenfuß abzieht. Eine Entnahme im mittleren Bereich der Kolonne pflegt nämlich die Gleichgewichtsverhältnisse im Innern der Kolonne in ähnlicher Weise zu stören wie eine Aufgabe des zu destillierenden Gutes an falscher Stelle.
  • Durch die Erfindung werden die bisher aufgetretenen Nachteile vermieden, und es wird bewußt keine Rücksicht auf die im Innern einer Kolonne zur kontinuierlichen fraktionierenden Destillation herrschenden Gleichgewichtsverhältnisse genommen.
  • Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht bei der Fraktionierkolonne darin, daß in der Kolonne ein mit einer Heizfläche versehener Verdampfungsraum mit zur Mitte der Kolonne geneigt verlaufenden Bodenteilen angeordnet ist, der eine Zuleitung für das teilweise zu verdampfende Frischgut aufweist, daß für den Rücklauf aus dem oberen Kolonnenteil entweder eine in den Verdampfungsraum mündende Leitung, deren Auslaufmündung in der Nähe der Eintrittstelle des Frischgutes liegt oder eine rotierende Scheibe vorgesehen ist, und daß unterhalb des Verdampfungsraumes ein Kondensator für das aus dem unteren Kolonnenteil gasförmig aufsteigende Substanzgemisch angeordnet ist.
  • Es wird dadurch bewirkt, daß sich das Destillationsgleichgewicht zwischen den am leichtesten flüchtigen und den schwerer flüchtigen Bestandteilen des zu trennenden Gemisches oberhalb dieser Verdampfungszone im sogenannten Verstärkungsteile der Kolonne aufbaut, und zwar dergestalt, daß die Temperatur, mit welcher die in der genannten Heiz- und Verdampfungszone verdampften Substanzanteile aus eben dieser Vorrichtung nach oben entweichen und am Fuß der Verstärkungssäule in diese eintreten, die höchste in dem Verstärkerteil herrschende Temperatur darstellt, während vom Fuß der Verstärkersäule aus sich in bekannter Weise gemäß dem Destil- lationsgleichgewicht ein Temperaturabfall bemerkbar macht. Dabei kann die Verdampfung durch Einleiten von Einspritzdampf bzw. Inertgas vorgenommen werden. Außerdem wird der aus dem Verstärkungsteil abfließende Rücklauf erneut in der Verdampfungszone der Verdampfung unterworfen, dergestalt, daß der Rücklauf dem neu in die Verdampfungszone eintretenden Substanzgemisch beigefügt wird.
  • Ein weiteres Merkmal der neuen Fraktionskolonne besteht darin, daß in der Kolonne mehrere Verdampfungsräume mit den dazugehörigen darunter befindlichen Kondensatoz-en derart übereinander angeordnet sind, daß sich zwischen ihnen Trennteile der Kolonne befinden.
  • Die Brüden, die aus den tiefstgelegenen oder unteren Verdampfungszonen stammen und welche nach Kondensierung nur noch zu einem kleinen Teil aus dem zu trennenden Produktgemisch oder seinen Komponenten, zur Hauptsache aber aus Wasserdampf bzw.
  • Inertgas bestehen, werden in die durch die oberen Verdampfungszonen fließende flüssige Phase eingeleitet.
  • Weitere Merkmale der neuen Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
  • In den Zeichnungen sind mehrere beispielsweise Vorrichtungen der Fraktionskolonne dargestellt, und zwar veranschaulicht Fig. 1 den schematisch gezeichneten Schnitt einer durch eine Verdampfungszone unterteilten Kolonne, Fig. 2 den schematischen Schnitt durch eine durch mehrere Verdampfungszonen unterteilten Kolonne, Fig. 3 die Draufsicht auf die auf dem Boden einer im Querschnitt runden Verdampfungszone angeordneten, z. B. spiralförmig gestalteten Schikanen, Fig. 4 die Draufsicht auf die auf dem Boden einer im Querschnitt rechteckigen Verdampfungszone angeordneten Schikanen, Fig. 5 den Schnitt durch eine mit einem Rotationskörper ausgestaltete Verdampfungszone, Fig. 6 den Schnitt durch einen unterhalb der Verdampfungszone angeordneten Kondensator.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist oberhalb der Verdampfungszone 1 der Verstärkungsteil 2 angeordnet, an dessen Kopf man in bekannter Weise eine Vorrichtung 3 zur Regelung des Rücklaufverhältnisses und zur Kondensation und Abnahme des leichtflüchtigen Kopfproduktes 4 anbringen kann.
  • Der Rücklauf 5 aus dem Verstärkungsteil 2 wird erneut der Verdampfungszone 1 zugeführt, und zwar zweckmäßig dort aufgegeben, wo das frische, eventuell vorgewärmte, aber noch nicht der Destillation unterworfene Substanzgemisch 6 in den Verdampfer eintritt.
  • Das in der Verdampfungszone 1 nicht verdampfte WIaterial 7 wird in den unterhalb der Verdampfungszone gelegenen Abtriebsteil der Kolonne 8 geleitet, strömt zweckmäßig feinverteilt über Einbauten zum Fuß des Abtriebsteiles und wird hier zweckmäßig durch einen Sumpferhitzer 9 geleitet, der es erlaubt, in dem Sumpfprodukt noch befindliche destillierbare Substanzen ganz oder teilweise zu verdampfen.
  • Die aus dem Sumpfverdampfer 9 aufsteigenden Brüden setzen sich ihrerseits im Abtriebsteil 8 mit der aus der Verdampfungszone 1 herabfließenden Flüssigkeit 7 ins destillative Gleichgewicht, werden jedoch am oberen Teil der Abtriebskolonne durch eine Kondensationszone 10 geleitet, die es ermöglicht, die aus dem Abtriebsteil aufsteigenden gasförmigen Substanzen ganz oder teilweise zu kondensieren. Die eventuell gasförmig verbleibenden Anteile gelangen aufsteigend durch Öffnungen 14, deren Rand nach oben umgebördelt ist, durch die Verdampfungszone 1 hindurch in den Verstärkungsteil 2. Das Kondensat wird entweder vollständig abgezogen, 11, oder aber teilweise oder vollständig als Rücklauf 12 in den Abtriebsteil gegeben.
  • Die im Verdampfer 9 nicht mehr verdampften Substanzanteile werden abgezogen, 13.
  • Als hesonderer Vorteil der erfindlmgsgemäßen Anordnung ist anzusehen, daß man in einer solchen Anlage weitestgehend unabhängig von der Zusammensetzung des frisch eingehenden Substanzgemisches ist, da der Verstärkungs- und der Abtriebsteil nahezu unabhängig voneinander arbeiten. Ein weiterer gröoberer Vorteil besteht darin, daß man ohne Störung von Destillationsgleichgewichten 3 Produktströme aus der Apparatur entnehmen kann, nämlich einen am Kopf des Verstärkungsteiles 4, einen am Kopf 11 und einen am Fuß 13 des Abtriebsteiles, während man nach bisher üblichen Destillationsverfahren zur Erlangung dreier Destillationsprodukte zwei Türme zu verwenden gezwungen ist, wenn man nicht eine die Produktreinheit ungünstig beeinflussende Störung des Destillationsgleichgewichtes im Kolonneninnern in Kauf nehmen will.
  • Ordnet man zwischen der Verdampfungszone t und dem Sumpfverdampfer 9, wie aus der beispielsweisen, schematischen Fig. 2 zu ersehen ist, eine oder mehrere weitere Verdampfungszonen 1 an, deren senkrechte Abstände durch die Trennleistung der jeweils zwischen den einzelnen Verdampfern gelegenen Kolonnenschüsse 15 bestimmt werden, und ordnet man ferner unter diesem oder jenem dieser Verdampfer, wie oben beschrieben, Vorrichtungen 16 zur vollständigen oder teilweisen Kondensation von Brüden an, so wird es möglich, eine noch höhere Anzahl Froduktströme aus der Anlage abzuziehen. Die Zahl der Produkt ströme 4, 11, 13, 19 ist um 1 größer als die Zahl der insgesamt verwendeten Verdampfungseinrichtungen.
  • Die weiteren Verdampfungsvorrichtungen werden gespeist durch den jeweils aus dem über ihnen befindlichen Kolonnenschuß abfließenden Rücklauf 5, es kann jedoch auch seitlich frisches Produkt zugeführt werden, 18. Letzteres ist beim Anfahren der Anlage anzuraten, weil sich in der Apparatur auf diese Weise am schnellsten die Einstellung der zur destillativen Substanzauftrennung erforderlichen Temperaturen erreichen lassen.
  • Wenn auch die Gesamtapparatur auf diese Weise höher wird als konventionelle Destillationsanlagen, gewinnt man doch den Vorteil, zunächst Grundfläche zu sparen, vor allem aber durch den Fortfall von Rohrleitungen, Pumpen und eventuell Zwischenbehältern, elastischer in der Arbeitsweise und wesentlich betriebssicherer zu sein. Es wird außerdem Bedienungspersonal eingespart. Durch zweckentsprechende Änderung der Beheizung, der Produktzuführung und des Rücklaufverhältnisses in den einzelnen Abschnitten hat man es jederzeit in der Hand, die Produktreinheit zu variieren.
  • Erfindungsgemäße Anlagen können sowohl unter Atmosphärendruck als auch unter Vakuum 20 betrieben werden. Muß infolge der Siedepunktlage der Substanzen im Vakuum gearbeitet werden, so bietet sich ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Man benötigt zur Erzeugung des Vakuums nämlich nur eine Vakuum-Erzeugungsvorrichtung, während man bei konventionellen Anlagen mehrere einzusetzen hat, nämlich je eine für jede Kolonne.
  • Bei der Destillation von Substanzen, die ein sehr hohes Vakuum verlangen, sind bei dem vorliegenden Verfahren Kolonneneinbauten mit nur geringem Druckverlust zu bevorzugen. Diese können bekannter Bauart sein.
  • Als Verfahrenshilfe kann in einer oder in jeder einzelnen Stufe Wasserdampf oder Inertgas in die zu verdampfende Flüssigkeit eingeführt werden. Hierdurch kann einerseits die Flüchtigkeit der zu destillierenden Substanzen erhöht und entsprechend die Verdampfungstemperatur herabgesetzt oder aber die Verdampfungsleistung erhöht werden. AuBerdem wird auf diese Weise eine gute Durchwirbelung der flüssigen Phase bewirkt und dadurch eine Schädigung der zu destillierenden Substanz durch Uberhitzung vermieden.
  • Um die Brüdenmenge nicht zu stark anwachsen zu lassen, ist es ratsam, den aus einem oder mehreren der unteren Kolonnenabschnitte aufsteigenden Dampf bzw. Inertgas, der bzw. das nach Passieren des Kondensators 10, 16 nur noch geringe Produktmengen enthält, an Stelle neuen Prozeß dampfes mit Hilfe von geeigneten Gaszerteilvorrichtungen bekannter Bauart durch die Flüssigkeit in die Verdampfungszone 1 zu leiten.
  • Die einzelne Verdampfungszone 1 wird so ausgeführt, daß in ihrem Querschnitt stark erweiterte Abschnitte der Kolonne an ihrem Unterteil, nämlich dort, wo der ursprüngliche Querschnitt der Kolonne wieder angestrebt wird, mit Beheizungseinrichtungen 2i versehen werden. Das zu destillierende Gut fließt in möglichst dünner Schicht über diese beheizte, entweder waagerechte oder mehr oder weniger schräg geneigte Fläche. Schikanen22 die entweder beispielsweise in Schneckenform entsprechend Fig. 3 oder zickzackförtnig entsprechend Fig. 4, angeordnet sind, zwingen das zu destillierende Gut zu einem gleichmäßigen Lauf über die Verdampferfläche. Vorrichtungen zum Einbringen von Einspritzdampf oder Inertgas können sich in den so gebildeten Rinnen befinden. Die Schikanen, beispielsweise Blechstreifen, können entweder senkrecht oder geneigt auf der Verdampferfläche angebracht sein. Die möglicherweise geneigten Schikanen 22 weisen in Richtung des neu eintretenden Gutes, so daß ein Übersprudeln noch nicht ganz ausgedämpfter Flüssigkeitspartikelchen zu schon weitgehend ausgedämpften Anteilen vermieden wird.
  • Auch im Sumpfverdampfer 9 wird das Gut zweckmäßig durch Schikanen 23 zu einem gleichmäßigen Lauf über die beheizte Fläche 24 gezwungen.
  • Wird die Trennung der einzelnen Bestandteile des zu trennenden Gemisches mit Hilfe rotierender Einbauten an sich bekannter Bauart vorgenommen, so kann es zweckmäßig sein, die Rotation der Achse, an der sich diese Einbauten befinden, dazu auszunutzen, in den Verdampferzonen 1 Rotationskörper 25 zu betreiben, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Diese können als in waagerechter Ebene sich bewegende Scheiben ausgebildet sein. Sie können beheizt oder nicht beheizt sein. Die Zuführung der zur Beheizung notwendigen Energie kann durch die rotierende Achse erfolgen.
  • Die Funktion dieser Rotationskörper besteht darin, eine gute Verteilung des flüssig in der Nähe des Rotationszentrums aufgegebenen Gutes 5, 6, 17, i8 zu erzielen und dieses als feinen Film gegen die Außenwand des Verdampfers 1 zu schleudern. Dieser Film 26 dient einerseits einer Erhöhung der Verdampfungsleistung, bewirkt andererseits aber gleichzeitig auch einen zusätzlichen Trenneffekt der Fraktionierkolonne. Die Außenwand, gegen die der Film geschleudert wird, kann beheizt sein, 27. Das flüssige Gut wird von dort, eventuell über Schikanen 22, zum Zentrum der Kolonne geleitet und fließt durch den unter der Verdampfungszone befindlichen Kondensationsteil iO, i6 hindurch in den darunter befindlichen Trennteil 8, 15.
  • Die unter den Verdampfern 1 angebrachten Kondensatoren 10, 16 werden beispielsweise nach Fig. 6 zweckmäßig so ausgeführt, daß das von oben aus den Verdampfern abfließende flüssige Material nicht mit den aus den Brüden des unter den Kondensatoren angeordneten Trennteiles abgeschiedenen Kondensaten vermischt wird, sondern mittels eines Rohres 28 durch den Kondensator hindurch geleitet und erst unterhalb mittels einer Verteilervorrichtung 29, die bekannter Bauart sein kann, gleichmäßig in den Trennteil hinein verteilt. Um Verunreinigungen des Kondensates zu vermeiden, empfiehlt es sich, zwischen der Verteilervorrichtung 29 und dem Kondensatsammler 30 einen Spritzschutz 31 anzubringen. Die vollständige oder teilweise Kondensation wird durch Kühlschlangen 32 bewerkstelligt. Das Kondensat wird entweder vollständig abgezogen, 11, 19, oder teilweise als Rücklauf 12, zweckmäßig gut verteilt, in den Trennteil der Kolonne zurückgegeben, während die dampfförmig verbliebenen Anteile aus dem Kondensator 10, 16 nach oben durch mit aufgebörteltem Rand versehenen Öffnungen 14 durch den Verdampfer in den über diesem befindlichen Trennteil der Kolonne gelangen.
  • PATENTANSPRCYCHE 1. Fraktionierkolonne, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolonne ein mit einer Heizfläche (21) versehener Verdampfungsraum (1) mit zur Mitte der Kolonne geneigt verlaufenden Bodenteilen angeordnet ist, der eine Zuleitung (5) für das teilweise zu verdampfende Frischgut aufweist, daß für den Rücklauf aus dem oberen Kolonnenteil (2) entweder eine in den Verdampfungsraum (1) mündende Leitung (5), deren Auslaufmündung in der Eintrittsstelle (6) des Frischgutes liegt, oder eine rotierende Scheibe (25) vorgesehen ist, und daß unterhalb des Verdampfungsraumes (1) ein Kondensator (10) für das aus dem unteren Kolonnenteil (8) gasförmig aufsteigende Substanzgemisch angeordnet ist.

Claims (1)

  1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolonne mehrere Verdampfungsräume (1) mit den dazugehörigen darunter befindlichen Kondensatoren (10, 16) derart übereinander angeordnet sind, daß sich zwischen ihnen Trennteile (2, 8, 15, 17! der Kolonne befinden.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Verdampfungsräume (1) größer ist als der der iibrigen Kolonne.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Heizfläche (21) des Verdampfungsraumes (1) Schikanen (22) z. B. schnecken- oder zickzackförmig angeordnet sind.
DEP19028A 1957-07-31 1957-07-31 Fraktionierkolonne Pending DE1042537B (de)

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