DE1053469B - Fraktionierkolonne - Google Patents

Fraktionierkolonne

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DE1053469B
DE1053469B DEH25176A DEH0025176A DE1053469B DE 1053469 B DE1053469 B DE 1053469B DE H25176 A DEH25176 A DE H25176A DE H0025176 A DEH0025176 A DE H0025176A DE 1053469 B DE1053469 B DE 1053469B
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DE
Germany
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column
liquid
fractionation
walls
holes
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DEH25176A
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English (en)
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Geoffrey Gordon Haselden
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Individual
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Description

DEUTSCHES
Die Fraktionierkolonne nach der vorliegenden Erfindung weist übereinanderliegende Trennwände auf, wobei jede Trennwand sich sowohl aufwärts als auch quer durch die Kolonne erstreckt und in einer abweichendem Richtung zu der ihr vorangehenden Trennwand geneigt ist, und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände mit den Wandungen der Kolonne verbunden sind und daß jede Trennwand in ihrem oberen Teil mindestens eine Flüssigkeitsöffnung aufweist, wobei der Teil der Trennwand unterhalb der öffnung eine die Flüssigkeit sammelnde Tasche oder Rinne bildet.
Auf Grund dieser Ausgestaltung kann in den Taschen oder Rinnen gesammelte Flüssigkeit aus den Flüssigkeitsöffnungen überströmen und als dünner Film an der Untierseite der Trennwände herunterfließen. Die Flüssigkeitsöffnungen lenken und verteilen hierbei zugleich 'dem in der Kolonne aufsteigenden Gasstrom, der in einer turbulenten Wirbelströmung auf den Flüssigkeitsfilm auftrifft. Auf diese Weise findet ein besonders wirksamer Komponentenaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit statt, und die Trennleistung einer derartigen Kolonne ist besonders hoch. Die Kolonne ist einfach in Konstruktion und Aufbau und zuverlässig im Betrieb.
Die Kolonne nach der Erfindung ist vorzugsweise zur Behandlung von Gasgemischen bestimmt, wie sie z. B. bei dter Gewinnung· flüssiger Luft vorhanden sind, jedoch läßt sie sich auch für viele andere Zwecke verwenden, z. B. zur partiellen Verdampfung und partiellen Kondensierung bei der Trennung anderer industrieller Gasgemische, wie Kokereigas und Petroleumkrackgasen unter niedriger Temperatur, sowie zum partiellen Kondensieren und Verdampfen bei reinen niedrigviskosen Flüssigkeiten unter normalen Temperaturen.
Bekannt ist zwar schon eine Auskleidung für Kolonnen, Skrubber usw., die zur Vergrößerung der Kontaktoberfläche zickzackförmig ausgebildete Elemente aufweist. Diese Elemente besitzen jedoch keine öffnungen, so daß nicht die den besonders wirksamen Austausch bewirkende Führung der Flüssigkeit als dünner Film an den Unterseiten; der Trennwände erreicht wird.
Weiterhin sind Kolonnenieinbauten mit praktisch parallel geführten Trennwänden bekannt, bei denen der aufsteigende Dampf in die Flüssigkeit eingeblasen wird. Die Wände sind jedoch ebenfalls nicht mit Flüssigkeitsöffniungen versehen, um einen dünnen Flüssigkeitsfilm zu bilden, und es werden nicht die Vorteile der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung erreicht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Kolonne zwei flache, aufrecht stehende parallele
Anmelder:
Geoffrey Gordon Haseiden,
Morden, Surrey (Großbritannien)
Vertreter: DipL-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schnedcenhofstr. 27
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. Oktober 1954
Geoffrey Gordon Haseiden,
Morden, Surrey (Großbritannien),
ist als /Erfinder genannt worden
Wandungen mit einer zickzackförmigen Trennwand auf, die sich zwischen ihnen erstreckt, wobei die Trennwand die Form einer im allgemeinen aufrecht stehenden Platte oder Metallblech hat, die horizontale, mit entsprechenden Lochungiein versebene Wellungen aufweist, deren Scheitel mit den Wandungen an jeder Seite verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform können die Löcher rechteckig sein, die sich in horizontaler Richtung unmittelbar unterhalb des Scheitels jeder Umlenkung erstrecken, wobei die Taschen oder Tröge durch den geneigten Teil jeder Wellung unterhalb der Lochreihe derselben begrenzt werden. Damit die gesamte oder der größere Teil der Flüssigkeit aus den Trögen durch die Lochreihe überströmt und nicht an den Enden der Tröge durch Lecken verlorengeht, werden die Enden der Wandungen und das gewellte Element zweckmäßigerweise mit einem Endverschlußstreifen, der sich über die ganze Höhe der Kolonne erstreckt, fest abgedichtet.
Es ist möglich, verschiedene Einheiten dieser Art Seite an Seite anzuordnen, wobei die Zwischenwände jeweils nur eine Metalldicke stark sind; in einem solchen Fall kann ein kaltes Gemisch, das eine Fraktionierung erfordert und hierbei Wärme erhalten soll, so zur Behandlung· kommen, daß es längs einer benachbarten Kolonne oder Kolonnen behandelt werden kann, die nicht so kalt sind, und denen während der Behandlung Wärme entzogen werden soll. Die zwei oder mehr Fraktionierkolonnen arbeiten hierbei zusammen, wobei sich ein komplexer Fraktionierprozeß
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ergibt. Dies ist insbesondere bei der Behandlung von mäßig kleinem Raum unterbringen. Ferner ist, ob-
Luft zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff gleich dabei eine mehrfach zusammengebaute Kolon-
durch Verflüssigung und Fraktionierung vorteilhaft. nenvorrichtung geschaffen wird, diese leicht herzu-
Zweckmäßigerweise können die Böden der Taschen stellen, da die Einheiten lediglich abwechselnd aus
oder Rinnen mit feinen Löchern versehen! sein, die ein 5 flachen Wandplatten und gelochten Platten in Zick-
Entleeren der Kolonne ermöglichen.. zackform bestehen, wobei sich an den Enden, der
Weitere Merkmale, Ziele und Anwendungszwecke Oberseite und der Unterseite entsprechende Verteiler
der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung zu befinden. Wenn zwischen einem Flüssigkeits-Dampf-
ersehen. Es zeigt System bei der Fraktionierung und einem oder meh-
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise weg- io reren anderen Flüssigkeitsströmen, die keine gleichgebrochen, einer viele Einheiten umfassenden Frak- zeitige Fraktionierung erfordern, ein Wärmeaustausch tionierkolonne nach der Erfindung und stattfinden soll, danin können die Räume oder Kanäle,
Fig. 2, 3 und 4 schematisch im Aufrißschnitt drei welche die letztgenannten Flüssigkeitsströme weiterandere Ausführungsformen von Fraktionierkolonnen leiten, mit anderen Anordnungen von Trennwänden nach der Erfindung. 15 oder Packungen versehen werden, wie sie bereits für
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Fraktionier- die Aufgabe der Wärmeübertragung bekannt sind.
vorrichtung, die sich besonders für die Behandlung Andere Ausführungsformeni der Fraktioniervorrich-
von Luft zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff tung, welche auf dem gleichen Prinzip der Flüssig-
durch Verflüssigung und Fraktionierung eignet. keits- und Dampfverteilung beruhen, sind in solchen
Bei dieser Vorrichtung werden eine Reihe paralleler 20 Fällen möglich, wo der Wärmeaustausch nicht als
vertikaler Metalhvandungen 11, 12 durch horizontale, wesentlichste Begleiterscheinung der Fraktionierung
gewellte Abstandhalter 13, 14 aus Metall voneinander erforderlich ist. In einer solchen in Fig. 2 gezeigten
getrennt, die mit den Wandungen! verbunden sind. Ausführungsform können zwei oder mehr im allge-
Jeder Abstandhalter ist mit einer horizontalen Reihe meinen vertikale Abstandhalter 24 mit horizontalen rechteckiger Löcher 16 unmittelbar unterhalb der Höhe 25 Wellungen zwischen zwei einander gegenüberliegenden ausgestattet, in welcher der Scheitel einer Wellung vertikalen Wandungsplatten 25, 26 angeordnet wermit einer der Wandungen 11, 12 verbunden ist, zwi- den, wobei die Scheitel 27 der Wellungen mit einer sehen denen sie liegt. Der Zweck hierfür ist, eine hori- der Wandungen! 25, 26 oder mit den Scheiteln der zontale Tasche oder Trog 17 unterhalb jeder Reihe nächsten Elemente 24 an deren Längsseite verbunden von Löchern 16 zu bilden, und1 zwar in dem Winkel 30 sind. Wie im vorerwähnten Beispiel sind Lochreihen zwischen den Abstandhalten! 13 oder 14 und je nach 28 unmittelbar unter jeder Scheitelbiegung in jedem den Gegebenheiten mit der einen oder der anderen der Element 24 vorgesehen, unter 'denen wiederum Flüs-Wandungen 11, 12, in denen sich Flüssigkeit sammeln sigkeitstaschen oder -tröge 29 gebildet werden,
kann, die, wenn sie überströmt, durch die Löcher fließt Bei einer anderen in Fig. 3 gezeigten Ausführungsund als dünner Film an der Unterseite der Wellungen 35 form liegen die gewellten Elemente 30 horizontal zur entlangläuft. Fraktionierkolonne, und zwar eines über dem anderen,
Die O'beren Enden jedes zweiten Raumes zwischen wobei die Scheitel der Wellungen jedes Elementes mit den Wandungen 11, 12 sind geschlossen, wie bei 19 denen des Elementes darüber und darunter zusammengezeigt; die Enden aller Räume sind mit Hilfe von ge- treffen und hierdurch eine Art Bienenwabe darstellen, sonderten Blechstreifen: 20 (teilweise weggebrochen 40 Auch hier sind Löcher 32 längs jeder geneigten Fläche gezeichnet) dicht verschlossen. Ein Verteiler 21 ist jedes Wellenelementes 30 in einer Höhe unmittelbar über Öffnungen 22 mit den oberen Enden der Räume unterhalb der Scheitel 31 der Wellungen vorgesehen, verbunden, deren Oberseite geschlossen ist und welche Die berabströmende Flüssigkeit wird: daher in den die Abstandhalter 13 enthalten, um Stickstoff aus Trögen 33 gesammelt, die von den unteren Scheiteln diesen zu sammeln. Ein ähnlicher nicht gezeigter Ver- 45 der Elemente 30 gebildet werden, und strömt durch teiler am Boden gibt Luft in die besagten Räume ab. die Löcher, so daß ein dünner Flüssigkeitsfilm auf der
Die dazwischen befindlichen Räume mit offenen Unterseite jedes Elementes 30 entsteht.
Oberseiten, welche die Abstandhalter 14 enthalten, sind Diese Ausführungsform läßt sich abwandeln, indem an ihrer Unterseite mit einem weiteren nicht gezeigten die gewellten Bleche so angeordnet werden, daß sich Verteiler verbunden, um den Sauerstoff abziehen zu 50 die Wellungen in jedem nachfolgenden Blech unter können. In die Unterseiten der oben geschlossenen einem Winkel, z. B. einem rechten Winkel, gegenüber Räume wird dampfförmige Luft eingelassen, in welchen den im vorhergehenden Blech erstrecken, wobei die dann eine fraktionierte Kondensation stattfindet; das Scheitel der Wellungen benachbarter Bleche dort versieh hierbei ergebende Produkt mit ungefähr 5CWo bunden werden, wo sie sich kreuzen. In beiden BeiSauerstoff wird dann am Boden abgezogen, während 55 spielen können die Enden der Kolonne dadurch dicht ein hauptsächlich aus Stickstoff bestehendes Produkt angeschlossen werden, daß eine Reihe horizontaler am oberen Ende abgeführt wird. Inzwischen findet in Verschlußstreifen aufgebracht wird an Stelle der verden Oben offenen Räumen eine fraktionierte Verdamp- tikalen Streifen der oben beschriebenen Ausführungsfung statt, wobei die zugespeiste Flüssigkeit mit un- formen.
gefähr 75% Sauerstoff eintritt, während ein flüssiges 60 In einer weiteren in Fig. 4 veranschaulichten AusProdukt von nahezu reinem Sauerstoff am Boden ge- führungsform haben die Wandungen der Kolonne die sammelt wird. Die bei der Kondensation in den oben Form einer kreisförmigen Röhre 34, wobei die Zickgeschlossenen Räumen abgegebene Wärme wird über zacktrennwände durch hohle Kegel 35, 36 gebildet die Wandungen 11, 12 weitergeleitet und durch die in werden, deren Grundflächen in das Innere der Kolonden oben offenen Räumen stattfindende Verdampfung 65 nenröhre genau hineinpassen und die in der Kolonne absorbiert. gestapelt werden, und zwar abwechselnd Boden an
Bei abwechselnder Anordnung einer großen Anzahl Boden und Scheitel an Scheitel. Hierbei haben die
von Fraktionier-Kondfensationskolonnen und Frak- Kegel 35, die mit ihren Scheiteln nach oben liegen,
tionier-Verdampfungskolonnen Seite an Seite läßt sich Löcher 37 nahe ihren Scheiteln und bilden Flüssig-
so eine sehr große Kolonnenkapazität auf verhältnis- 70 keitstaschen oder -tröge 38 zwischen den Grundflächen
jedes Kegels und der äußeren Wandung, während die umgekehrten Kegel 36 Löcher 39 in einer Reihe auf dem Umfang nahe den Grundflächenkanten besitzen und zentrale Flüssigkeitstaschen 40 in ihrem Inneren unterhalb dieser Löcher bilden. Die Grundflächen der Kegel sind mit der Rohrwandung der Kolonne verbunden, um die Flüssigkeitströge38 abzuschließen und den Wärmeaustausch zwischen den Kegeln zu fördern.
Auch andere Möglichkeiten liegen innerhalb des Rahmens der Erfindung. So können die Trennwände innerhalb der Kolonnen durch übereinander angeordnete horizontale Rohrstücke gebildet werden, die z. B. übereinander abwechselnd von einer Seite der Kolonne zur anderen in Richtung senkrecht zu ihrer Achse versetzt sind.
Bei allen diesen Ausführungsformen wird die Bahn der Gase aufwärts durch die Fraktionierkolonne durch die Anordnung der Löcher bestimmt, die sich abwechselnd auf der einen und der anderen Seite der Zickzackbahn befinden. Hieraus ergibt sich ein sehr schikanierter Weg für die Gase, der dazu führt, daß sie wiederholt auf der Unterseite des Werkstoffes der Zickzackbahn unterhalb der Taschen aufprallen. Die in den Taschen angesammelte Flüssigkeit strömt durch die Löcher in Form eines dünnen Films über, der sich auf den Unterseiten der Taschen ausbreitet und demzufolge dem Aufprall der aufsteigenden Gase ausgesetzt ist. Dies fördert einen engen Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit und erleichtert somit eine wirkungsvolle Fraktionierung. Auch die Flüssigkeitströge dienen dazu, die herabströmende Flüssigkeit wieder über die Kolonne zu verteilen, und tragen demzufolge zur Verhütung einer ungleichmäßigen Verteilung des Stromes über die Kolonne bei.
Außerdem befindet sich in jeder Stufe eine horizontale Reihe von Löchern, die in ihrer Wirkung eine obere Lippe für jede Tasche bilden; ferner befindet sich oberhalb der Flüssigkeit in der Tasche ein Raum, in welchen sich die Löcher öffnen, und der einen verhältnismäßig breiten Kanal für das Mischen des Dampfes sowie für den Druckausgleich bildet. Der anschließende Durchgang von Gasen durch die Löcher und weiter in die Räume hinein begünstigt verwirbelte Strömungsbedingungen, die wiederum einen wirkungsvollen Austausch von Bestandteilen zwischen Gas und Flüssigkeit günstig beeinflussen.
Kolonnen der vorbeschriebenen Art lassen sich als Rückflußkonidensatoren oder Teilverdampfer verwenden, doch soll der Ausdruck »Fraktionierkolonne«, wie er in den Ansprüchen verwendet wird, alle Vorrichtungen einschließen, in welchen eine Fraktionierung stattfindet und für die sich eine Konstruktion nach der Erfindung eignet.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Fraktionierkolonne mit übereinanderliegenden Trennwänden, wobei jede Trennwand sich sowohl aufwärts als- auch quer durch die Kolonne erstreckt und -ill· einer abweichenden Richtung zu der ihr vorangehenden Trennwand geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (13., 14 bzw. 24 bzw. 30 bzw. 35, 36) mit den Wandungen (11, 12 bzw. 25, 26 bzw. 34) der Kolonne verbunden sind und daß j ede Trennwand (13J14 bzw. 24 bzw. 30 bzw. 35, 36) in ihrem oberen Teil mindestens eine Flüssigkeitsöffnung (16, 28, 32 bzw. 37 und 39) aufweist, wobei der Teil der Trennwand unterhalb der Öffnung (16, 28, 32 bzw. 37 und 39) eine die Flüssigkeit sammelnde Tasche oder Rinne (17, 29, 33 bzw. 38 und 40) bildet.
2. Fraktionierkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (30) durch eine Anzahl übereinanderliegender, allgemein horizontaler, gewellter Bleche gebildet werden, wobei die unteren Scheitel der Wellungen jedes Bleches auf den oberen Scheiteln des darunterliegenden Bleches ruhen.
3. Fraktioniiereinrichtung mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Kolonnen, wobei zumindest jede zweite Kolonne nach Anspruch 1 ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder folgenden und der jeweils vorangehenden Kolonne eine gemeinsame Wandung (11, 12 bzw. 25, 26) vorgesehen ist.
4. Fraktionierkolonne ader ^einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Böden der Taschen oder Rinnen (17, 29, 33 bzw. 38 und 40) feine Abzugslöcher vorgesehen sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 596 591, 999 081.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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