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Flüssigkeitsverteiler für Füllkörper-Kolonnen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der auf Füllkörper-Kolonnen
aufzugebenden Flüssigkeit.
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Es ist bekannt, daß für die Wirksamkeit von Füllkörper-Kolonnen,
wie sie für destillative und extraktive Zwecke benutzt werden, die primäre Verteilung
der oben auf die Kolonne aufgegebenen Flüssigkeit von wesentlicher Bedeutung ist.
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Es ist eine große Anzahl von Vorrichtungen bekannt, die dazu dienen
sollen, diese Verteilung über den Querschnitt der Kolonne möglichst gleichmäßig
zu bewirken. Die Erfahrung zeigte jedoch, daß auch bei Anwendung dieser Vorrichtungen
die Wirksamkeit der Kolonne unter sonst gleichen Bedingungen mit zunehmendem Durchmesser
bzw. Querschnitt der Füllkörper-Kolonne erheblich abnahm. Diese Nachteile, deren
Behebung bisher nicht gelang, führten dazu, daß man an Stelle von Füllkörper-Kolonnen
über etwa 600 mm Durchmesser zu anderen teureren Bauarten, wie z. B. Glockenbodenkolonnen,
Siebbodenkolonnen u. dgl., überging, deren Wirksamkeit von der Größe des Durchmessers
fast völlig unabgängig ist.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile behoben werden können
durch Zuordnung einer Flüssigkeitsverteilervorrichtung zu der Füllkörpersäule mit
Aufgabestellen, deren Abstand voneinander nicht größer als das Dreifache, vorzugsweise
das Doppelte, der kennzeichnenden Hauptabmessung der Füllkörper und nicht wesentlich
kleiner als sie, und vorzugsweise über den gesamten Turmquerschnitt gleich ist.
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Überraschenderweise wird dann die Wirksamkeit auch bei Füllkörpersäulen
mit einem Durchmesser über 600 mm nicht geringer, wie langjährige Versuche erwiesen.
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Bisher war man der Ansicht, daß eine weit geringere Zahl von Aufgabestellen
vorzusehen sei, da den Füllkörpern die Verteilungsfunktion zukomme.
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In Wirklichkeit aber tritt, wie festgestellt wurde, dieser Effekt,
mindestens was die flüssige Phase betrifft, nur in untergeordnetem Maße ein. Die
Füllkörperschicht wirkt mehr auf das Zusammenführen der verteilt aufgegebenen Flüssigkeit
hin, so daß es schon bei mäßiger Höhe der Füllkörperschicht zu einer Bachbildung
kommt, so daß die Wirksamkeit des Austausches zwischen den Phasen infolge der zunehmenden
Verringerung der Phasengrenzfläche stark abnimmt.
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Zwar hat man bei bekannten Verteilungsvorrichtungen Wert darauf gelegt,
daß die einzelnen Teilstrahlen gleich große Flüssigkeitsmengen führen, hat jedoch
eine Relation zwischen Kolonnendurchmes-
ser, Füllkörperabmessung und der Zahl der
Aufgabestellen nicht angenommen und auch nicht beachtet, deren Feststellung Grundlage
der Erfindung ist und die erst die Lösung des Problems bringt.
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Eine optimale Wirkung von Füllkörperkolonnen beliebig großen Durchmessers
kann in der Tat nur dann erreicht werden, wenn die Zahl der Flüssigkeitsaufgabestellen
so groß ist, daß der Abstand der Flüssigkeitsaufgabestellen voneinander nicht kleiner
als die kennzeichnende Hauptabmessung der Füllkörper und nicht wesentlich größer,
vorzugsweise nicht mehr als zwei- bis dreimal so groß ist als die Hauptabmessung
der Füllkörper.
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Bei einem Abstand der Aufgabestellen kleiner als die kennzeichnende
Hauptabmessung der Füllkörper würden mehrere Aufgabestrahlen auf einen Füllkörper
treffen und auf ihm zusammenlaufen. Bei einem Abstand der Aufgabestellen wesentlich
größer als die kennzeichnende Hauptabmessung der Füllkörper wird die Zahl der Aufgabestellen
so gering, daß, da eine irgendwie wesentliche Unterverteilung durch die Füllkörper
nicht stattfindet, die Wirksamkeit der Kolonne sinkt.
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Aus der Einhaltung der Forderung der Erfindung bezüglich des Abstandes
der Abtropfstellen folgt, daß die Zahl der Abtropfstellen mit dem Quadrat des Kolonnendurchmessers
zunimmt, da die Zahl der unter sich gleichen Füllkörper im Kolonnenquerschnitt mit
diesem also dem Quadrat des Durchmessers zunimmt.
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Für jeden Kolonnendurchmesser und jede Füllkörpergröße ergibt sich
also eine bestimmte Zahl der Aufgabestellen, die gleichmäßig über den ganzen Querschnitt
verteilt sind und gleiche Flüssigkeitsmengen führen und im übrigen feststehend sind,
so daß die Aufgabevorrichtung keine beweglichen Teile aufweist.
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Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Aufgabevorrichtung
gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik und wie die Zahl der
Aufgabestellen nach der Erfindung gegenüber den bisher üblichen Verhältnissen erhöht
werden muß.
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Fig. 1 stellt den halben Längsschnitt des Kopfes einer Destillierkolonne
mit einer Flüssigkeitsverteilung üblicher Bauart dar, Fig. 2 den Grundriß zu Fig.
1; Fig. 3 stellt in gleicher Weise eine Destillierkolonne mit einer Flüssigkeitsverteilung
nach der Erfindung dar und Fig. 4 den Grundriß zu Fig. 3.
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Die in der Kolonne 10 aufsteigenden Dämpfe ziehen durch den Stutzen
14 im Kolonnendeckel 11 ab. Die Rücklaufflüssigkeit wird durch das Rohr 13 in den
Verteiler 12 eingeführt. In dem Verteiler 12 strömt die Flüssigkeit durch die Überlaufschlitze
15 den Ablaufkanten oder -spitzen 16 zu, von denen sie auf die Füllkörper 19 tropft.
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Gemäß Fig. 3 sind den Ablaufkanten oder -spitzen 16 Unterverteiler
17 zugeordnet, über die die Flüssigkeit überläuft, um an den Ablaufspitzen 18 entlang
auf die Füllkörper 19 aufzutropfen.
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Aus den Grundrissen Fig. 2 und 4 ist die starke Vermehrung der Abtropfstellen
gemäß der Erfindung ersichtlich und aus den Längsschnitten Fig. 1 und 3 das Verhältnis
ihrer Abstände zu den Füllkörperabmessungen.
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Die Unterverteiler 17 arbeiten drucklos und ohne jeden Energieaufwand,
lediglich unter dem Einfluß der Schwerkraft.
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Die nachstehenden Beispiele, die den technisch vielfach benutzten
Durchmesserbereich erfassen, zeigen die bessere Wirkung von Füllkörpersäulen gemäß
der Erfindung: Beispiel 1 Theoretische Bodenzahl einer Füllkörpersäule von 800 mm
Durchmesser und 10000 mm Höhe üblicher Bauart ....... 17 Desgleichen mit einer Verteilervorrichtung
nach der Erfindung ................... . 30 Theoretische Bodenzahl einer Glockenbodenkolonne
von 800 mm Durchmesser mit zweiunddreißig praktischen Böden entsprechend einer Bauhöhe
von ebenfalls 10000mm ........ . 25 Der Durchmesser der Füllkörper (Raschig-Ringe)
betrug 25 mm. Der kleinste Abstand der Tropfenstellen betrug 23,3 mm und der größte
Abstand 46 mm.
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Beispiel 2 Theoretische Bodenzahl einer Füllkörpersäule von 1500
mm Durchmesser und 10000mm Höhe üblicher Bauart . ..... 10
Desgleichen mit einer
Verteilervorrichtung nach der Erfindung . ... . 25 Theoretische Bodenzahl einer
Glockenbodenkolonne von 1500mm Durchmesser mit zweiunddreißig praktischen Böden
entsprechend einer Bauhöhe von ebenfalls 10000 mm . . . 25 Die Füllkörpergröße (Pall-Ring)
beträgt 35 mm.
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Der kleinste Tropfstellenabstand beträgt 27,5 mm der größte Abstand
35 mm.
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Beispiel 3 Theoretische Bodenzahl einer Füllkörpersäule von 2000
mm Durchmesser und 10 000 mm Höhe üblicher Bauart .. 9 Desgleichen mit einer Verteilervorrichtung
nach der Erfindung . . . . 22 Theoretische Bodenzahl einer Glockenbodenkolonne von
2000mm Durchmesser mit zweiunddreißig praktischen Böden entsprechend einer Bauhöhe
von ebenfalls 10000 mm . . . 25 Die Füllkörpergröße (Berl-Sättel) betrug 35 mm.
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Der kleinste Abstand der Tropfstellen betrug 26,5 mm, der größte Abstand
67 mm.
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Diese Beispiele zeigen, in welchem Ausmaß die Wirksamkeit - ausgedrückt
in theoretischen Bodenzahlen - von Füllkörperkolonnen üblicher Bauart mit dem Durchmesser
abnimmt und wie weitgehend diese Abnahme durch die vorliegende Erfindung aufgehoben
wird.
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In den technisch wichtigen Durchmesserbereichen sind die Füllkörperkolonnen
nach der Erfindung in ihrer Wirksamkeit den Glockenkolonnen ebenbürtig, übertreffen
sie sogar.