DE1135421B - Luftgekuehlter Kondensator fuer das Kopfprodukt einer Destillier- oder Rektifizierkolonne - Google Patents

Description

Für die Kondensation des Kopfproduktes einer Destillier- oder Rektifizierkolonne ist es bereits bekannt, oberhalb des Kolonnenkopfes einen luftgekühlten Kondensator vorzusehen, der eine aus dem Kolonnenkopf-Deckel herausgeführte Brüden-Steigleitung umgibt und an diese in kondensatorischer Schaltung angeschlossen ist, wobei sein Kondensataustritt an eine Entnahmeleitung für das Kondensat sowie ferner unter Zwischenschaltung oines Absperrelementes an eine in die Kolonne oberhalb des obersten Kolonnenbodens einmündende Rücklaufleitung angeschlossen ist. Der Kondensator ist hierbei durch eine das Steigrohr koaxial umgebende, durch die Außenluft gekühlte Rohrschlange zylindrischer Grundform gebildet.

Dieser bekannte Kolonnenkopfkondensator hat den Nachteil, daß das für die Kondensation zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zufolge der erheblichen Temperaturunterschiede der Außenluft starken Schwankungen unterliegt und die Kühlleistung des Kondensators mithin in Abhängigkeit von der jeweiligen Lufttemperatur stark wechselt. Da diese ferner auch durch die Stärke der jeweiligen Luftbewegung beeinflußt wird, ist das von dem Kondensator abgeschiedene Produkt sowohl hinsichtlich Qualität als auch hinsichtlich Quantität sehr unterschiedlich. Wegen dieser wirtschaftlich untragbaren Schwankungen der Arbeitsweise, die sich zumal bei der Rektifizierung oder Destillation von Medien mit verhältnismäßig hoch liegendem Stockpunkt äußerst nachteilig auswirkt, hat sich diese seit langem bekannte Einrichtung in der Praxis für groß-technische Anlagen nicht durchsetzen können.

Für groß-technische Anlagen hat man vielmehr mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gekühlte Kondensatoren vorgezogen, mit denen sich infolge der besseren Regelmöglichkeiten auch bessere Wirkungsgrade erzielen ließen. Um eine zu starke Unterkühlung des zu kondensierenden Mediums zu vermeiden — was insbesondere bei leicht stockenden Medien von Wichtigkeit ist — ist es jedoch bei wassergekühlten Kondensatoren vielfach erforderlich, die Kühlflüssigkeit vorzuwärmen bzw. einen geschlossenen Kühlkreislauf vorzusehen, dessen Temperatur über einen Primär-Wasserkühlkreislauf geregelt wird. Ein weiterer erheblicher Nachteil solcher flüssigkeitsgekühlten Kondensatoren besteht darin, daß bereits geringfügige Undichtigkeiten der Kühlrohre eine Verunreinigung des Produktes hervorrufen, so daß die unter höherem Druck stehende Kühlflüssigkeit — z. B. Wasser — sich mit dem kondensierten Produkt vermengt und unter Umständen mit diesem Luftgekühlter Kondensator
für das Kopfprodukt einer Destillieroder Rektifizierkolonne

Anmelder:

GEA- Luftkühlergesellschaft

Happel G.m.b.H. & Co. K.G.,

Bochum, Königsallee 45

Dipl.-Ing. Harry Kassat, Bochum,
ist als Erfinder genannt worden

chemisch reagiert, wodurch das Produkt unbrauchbar wird.

Weitere Nachteile von wassergekühlten Kondensatoren sind darin zu sehen, daß meist das zur Verfügung stehende Kühlwasser verunreinigt ist und eine oftmalige Reinigung des Kondensators erfordert.

Hierdurch und aus Gründen der Sicherheit ist es üblich, wassergekühlte Kondensatoren neben den Kolonnen auf entsprechend ausgebauten Apparategerüsten aufzustellen. Das im Kondensator anfallende Kondensat wird zum größten Teil wieder als Rücklauf auf den obersten Austauschboden der Rektifizierkolonnen gepumpt. Angesichts der heute üblichen Höhen solcher Kolonnen von 30 bis 50 m ergibt sich damit ein beachtlicher Aufwand in Form von Rohrleitungen und Pumpen.

Außerdem muß in solchen Fällen das aus dem Kolonnenkopf austretende, noch dampfförmige Produkt gegebenenfalls mehrfach umgelenkt werden, was insbesondere bei mit hohem Vakuum arbeitenden Anlagen infolge der durch das große spezifische Volumen des Dampfes bedingten großen Strömungsgeschwindigkeiten zu erheblichen Druckverlusten ■führen kann.

Trotz dieser mit der Verwendung flüssigkeitsgekühlter Kondensatoren verbundenen Nachteile hat man sie bislang deswegen in Kauf genommen, weil mit luftgekühlten Kondensatoren eine den wirtschaftlichen und technischen Anforderungen gerecht werdende Arbeitsweise nicht zu erreichen war.

Gemäß einem eigenen älteren Vorschlag ist es zur Beseitigung dieser Nachteile bereits bekannt, am

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oberen Ende eine Kolonne mehrere, diese umgebende und hierbei in etwa gleiche Winkel zwischen sich einschließenden Radialebenen angeordneten Kondensatorelemente vorzusehen, die von einem Ringkanal umkleidet sind und wobei jedem der Elemente ein etwa tangential angeordneter Schraubenlüfter mit etwa horizontaler Drehachse zugeordnet ist. Diese Anordnung hat sich ausgezeichnet bewährt, ist aber in manchen Anwendungsfällen mit einem zu großen

Schaltung angeschlossen ist und dessen Kondensataustritt an eine Entnahmeleitung sowie ferner unter Zwischenschaltung eines Absperrelementes an eine in die Kolonne oberhalb des obersten Kolonnenbodens einmündende Rücklaufleitung angeschlossen ist, kennzeichnet sich dieser gegenüber aber dadurch, daß der Kondensator aus mehreren, die Brüden-Steigleitung polygonal umgebenden, mit ihrem unteren Ende schräg nach außen geneigten Rohrelemen-

Konstruktionsaufwand verbunden, beispielsweise im 10 ten besteht, deren obere Verteilerkammern mittels Falle von Vakuum-Kolonnen, die gegenüber im nor- kurzer radialer Verbindungsleitungen an die Steigmalen Druckbereich arbeitenden Kolonnen einen bis leitung angeschlossen sind, während die unteren zu dreifach größeren Durchmesser aufweisen, Sammelkammern in eine ringförmige Kondensat-Gemäß einem weiteren eigenen Vorschlag ist es Sammelleitung münden und daß jedem Element am zwar bereits bekannt, die Kondensatorelemente un- 15 unteren Ende innerhalb seiner vertikal projizierten mittelbar auf dem Kolonnenkopf-Deckel anzuordnen Grundfläche je ein druckend arbeitender, unabhän- und hierdurch die Grundrißabmessungen der Kon- gig zu- und abschaltbarer Schraubenlüfter mit verdensatoranlage kleiner zu halten bzw. eine gedräng- tikaler Drehachse zugeordnet ist. Auf diese Weise ist tere Bauweise zu erzielen; hierbei sind jedoch die es möglich, hohe Kondensatorleistungen auch bei etwa V-förmig zueinander geneigt angeordneten Rei- 20 Hochvakuum-Anlagen mit im Durchmesser groß behen der Kondensatorelemente dephlegmatorisch an messenen Kolonnen in vergleichsweise gedrängter die Kolonne angeschlossen, während die Schrauben- Anordnung oberhalb des Kolonnenkopfes unterzulüfter am oberen Ende zwischen den Elementen an- bringen und hierbei die an sich bekannten Vorteile geordnet sind und diese saugend mit dem Kühlmittel- der kondensatorischen Schaltung neben denjenigen strom beaufschlagen. Diese Anordnung hat für viele 25 zu nutzen, die sich aus der Schräglage der Konden-Betriebsfälle Vorteile, kann sich jedoch bei anderen satorelemente für die Verbesserung der Wärmeüber-Betriebsbedingungen nachteilig auswirken. Die Vor- gangsverhältnisse sowie bei hohen Kondensationsteile liegen im allgemeinen darin, daß die saugseitige temperaturen ferner daraus ergeben, daß die Lüfter Anordnung der Axiallüfter es ermöglicht, diesen außerhalb des Warmluftstromes der Elemente liegen einen Diffusor zuzuordnen, der sich in nicht uner- 30 und diese druckend mit der Kühlluft beaufschlagen, heblichem Maße energiesparend auswirkt. Die pro- Um die Vorteile dieser Anordnung speziell bei der duktseitige Gegenstromschaltung zwischen eintreten- Vakuum-Rektifikation neben den an sich gegebenen den Brüden und ablaufendem Kondensat vermeidet Vorteilen, daß die kurzen Brüden-Leitungen größere andererseits eine Kondensat-Unterkühlung, die beim Druckverluste vermeiden und in vielen Fällen das Betrieb von Rektifizier-Anlagen in vielen Fällen für 35 Verdampfen und Kondensieren bei verhältnismäßig den Rücklauf unerwünscht oder sogar schädlich ist. niedrigen Temperaturen erfolgen kann, was im In-Bei höheren Kondensationstemperaturen von über teresse der Vermeidung von Zersetzungserscheinun-100° C, bei denen die Ablauftemperatur 70° C und gen oft erwünscht ist, voll ausnutzen zu können, ist mehr betragen kann, hat diese Anordnung demgegen- es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung über den Nachteil, daß die Lüfter im Warmluftstrom 40 zweckmäßig, wenn mindestens eines der die Brüdenliegen und — da sie im Regelfall, gegebenenfalls un- Steigleitung polygonal und geneigt umgebenden EIeter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes, mente für die Nachkühlung und partielle Kondensamit den Antriebsmotoren gekoppelt sind — die Mo- tion des noch Produkt enthaltenden Inertgases oder toren den gleichen hohen Temperaturen ausgesetzt der Falschluft ausgebildet und zu diesem Zweck mit sind und daher in besonderer Weise geschützt und 45 der unteren Sammelkammer in Verlängerung der zwangsbelüftet werden müssen. Andererseits bewirkt Entnahmeleitung an die Kondensat-Leitung und mit die produktseitige Gegenstromschaltung eine Ver- der oberen Verteilerkammer mittels einer Verbinlangsamung des Kondensatablaufs aus den Konden- dungsleitung an einen Vakuumerzeuger, z. B. eine sationsrohren und damit eine Verschlechterung des Pumpe oder einen Strahlsauger, angeschlossen ist. Wärmeüberganges, die in ungünstigen Fällen sogar 50 Diese Schaltung ist im Hinblick darauf wichtig, daß zum Kondensatstau führen kann. Die hierdurch be- die bei Vakuumbetrieb von außen einfallende Falschdingte Verschlechterung des Wärmeüberganges kann luft bei hohen Kondensationstemperaturen unter Umauch durch die Schräglage der Kondensatorelemente ständen beträchtliche Mengen Produkt mit sich nicht ausgeglichen werden, obschon diese an sich führt, welches partiell im Inertgas enthalten ist. Die erheblich günstigere Wärmeübergangsverhältnisse 55 aus dem Kondensat frei werdenden Inertgase können schafft als die vertikale Anordnung der Elemente. auf vorbeschriebene Weise in einem Durchgang Die Erfindung bezweckt die Verbesserung insbe- durch den Kühler abgesaugt werden, wobei eine Unsondere solcher luftgekühlter Kondensatoren für das terkühlung bis nahe an die Außenlufttemperatur er-Kopfprodukt einer Destillier- oder Rektifizierkolonne, folgt. Das während dieses Kühlprozesses anfallende die für Hochvakuum-Anlagen hoher Kondensations- 60 Produkt läuft nach unten und kommt mit dem abtemperaturen bestimmt sind und die die vorbeschrie- laufenden Kondensat zusammen,
benen Nachteile der bekannten Bauarten nicht auf- Eine Regelungsmögliehkeit bei Verminderung der weisen. Zu diesem Zweck geht die Erfindung von der Kühlleistung bzw. bei niedrigen Außenlufttemperaeingangs an erster Stelle behandelten, bereits seit lan- türen besteht bei der Anordnung gemäß der Erfingem bekannten Bauart aus, bei welcher der Konden- 65 dung durch reihenweises Abschalten einzelner Lüfter, sator oberhalb des Kolonnenkopfes eine aus dem Um hierbei eine Rückströmung der von den benach-Kolonnenkopf-Deckel herausgeführte Brüden-Steig- barten Lüftern geförderten Kühlluft zu vermeiden, ist leitung umgibt und an diese in kondensatorischer es vorteilhaft, jedem der den Kondensator- bzw.

Kühlelementen zugeordneten Lüfter auf der Ansaugseite eine seinen Ansaugquerschnitt verändernde, mechanisch oder von Hand verstellbare Jalousie zuzuordnen, wie sie bei Luftkondensatoren an sich bekannt sind. Beim Abschalten eines oder mehrerer Lüfter werden die diesen zugeordneten Jalousien zweckmäßig ganz geschlossen und auf diese Weise eine Rückströmung vermieden, ohne daß es hierzu notwendig wäre, die durch je einen Lüfter und ein

Jeweils im unteren Endbereich ist jedem Element ein Axial-Schraubenlüfter 10 mit dessen vertikale Drehachse unmittelbar antreibenden, auf der Ansaugseite liegenden Antriebsmotor 10 a zugeordnet. Die unabhängig voneinander zu- und abschaltbaren Schraubenlüfter sind jeweils innerhalb der vertikal projizierten Grundfläche jedes Elementes angeordnet, wobei ihnen auf der Ansaugseite eine mechanisch oder von Hand verstellbare Schließ-Jalousie 11 vorge-

Kondensatorelement gebildeten Felder gegeneinander io schaltet und auf der Druckseite ein vorzugsweise durch Trennwände abzuschirmen. dampfbeheizter Luftvorwärmer 12 nachgeschaltet ist.

Da in vielen Fällen Produkte kondensiert werden Von den Kondensatorelementen weicht das EIe-

müssen, deren Erstarrungstemperatur einer sommer- ment 3e sowohl hinsichtlich seiner Zweckbestimlichen Außentemperatur von beispielsweise 20 bis mung als auch hinsichtlich seiner Schaltung insofern 30° C entspricht, besteht hierbei leicht die Gefahr, 15 von den übrigen ab, als es einerseits als Nachkühldaß beim Anfahren der Rektifikationsanlage während element und andererseits für die partielle Kondensader Winterzeit, z. B. bei Außentemperaturen bis tion des noch Produkt enthaltenden Inertgases oder — 20° C das Kondensat stark unterkühlt wird und der Falschluft dient und zu diesem Zweck mit der erstarrt. Diese Gefahr ist besonders dann gegeben, oberen Verteilerkammer nicht an die Brüden-Steigwenn — wie es im allgemeinen üblich ist — mit nur 20 leitung, sondern mittels eines Rohrstutzens 13 an geringen Durchsätzen angefahren wird. Um dieser einen in der Zeichnung nicht dargestellten Vakuum-Gefahr entgegenzuwirken, ist es gemäß einem weite- erzeuger, z. B. in Form einer Pumpe oder eines Strahlren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, den Lüftern saugers, angeschlossen ist, während die untere Samein in Strömungsrichtung der Kühlluft nachgeschal- melkammer 5 b in einen an die Kondensat-Sammelleitetes Heizelement für die Vorwärmung der Elemente 25 tung 8 angeschlossenen Trennbehälter 14 mündet, aus beim Anfahrvorgang zuzuordnen. Die Heizelemente dem nach unten die mit einem Absperrelement 15 versind zweckmäßig in an sich bekannter Weise als sehene Rücklaufleitung 16 für die Rückführung des dampfbeheizte Luftvorwärmer ausgebildet und kön- Kondensats in die Kolonne oberhalb des obersten nen zu diesem Zweck aus Glattrohr- oder Rippen- Kolonnenbodens 2 und seitlich der Stutzen 17 für die rohr-Elementen bestehen. Sie werden je nach den 30 Entnahme des Produktes bzw. Erzeugnisses herausbetrieblichen Gegebenheiten so bemessen, daß sie geführt sind.

durch die Vorwärmung der Kühlluft imstande sind, Die Arbeitsweise des Kolonnenkopf-Kondensators

das Produkt beim Anfahrvorgang mittelbar über die ist folgende:

Elemente über den Stockpunkt zu erwärmen. Das sich oberhalb des obersten Austausch- bzw.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Aus- 35 Kolonnenbodens 2 sammelnde Gemisch aus inertem führungsbeispiel erläutert. Es zeigt Trägergas bzw. unerwünschten inerten Gasen, aus

durch den Vakuumbetrieb angesaugter Falschluft sowie dampfförmigem Kopfprodukt steigt in der Brüden-Leitung 4 hoch und gelangt über die kurzen radialen 40 Verbindungsleitungen 6 in die Kondensatorelemente 3, 3 a, 3 b, 3 c und 3d. Durch die von den Lüftern 10 von außen angesaugte Kühlluft wird das dampfförmige Kopfprodukt innerhalb der Kodensatorelemente kondensiert und gelangt über die Sammelkammern in

Art eines regelmäßigen Polygons konzentrisch um die 45 die Kondensat-Sammelleitung, von wo es über den vertikal aus dem Kolonnenkopf-Deckel 1 α heraus- Trennbehälter 14, je nachdem in welcher Stellung sich geführte Brüden-Steigleitung 4 angeordnet. Die EIe- das Ventil 15 befindet, teils als Rücklauf auf den obermente bestehen jeweils aus einer größeren Anzahl von sten Kolonnenboden aufgegeben und teils als Erzeuguntereinander gleich ausgebildeten und nebeneinan- nis abgezogen wird. Das in den Kondensatorelemender angeordnet stehenden Rippenrohren 5, die am 50 ten anfallende inerte Trägergas sowie die von außen oberen Ende durch die Verteilerkammern 5 α und am eingedrungene Falschluft, die bei hohen Kondensaunteren Ende durch die Sammelkammern 5 b zusam- tionstemperaturen unter Umständen beträchtliche mengeschlossen sind. Die Rippenrohr-Elemente sind Mengen des Erzeugnisses partiell enthalten, werden schirmartig geneigt angeordnet, wobei ihre oberen vom Trennbehälter 14 aus über das nachgeschaltete Verteilerkammern 5 c mittels kurzer Verbindungslei- 55 Kühlelement 3 e, an dessen obere Endkammer der tungen 6 radial an das obere Ende der Brüden-Steig- Vakuumerzeuger angeschlossen ist, unter gleichzeileitung 4 angeschlossen sind, während ihre unteren tiger Unterkühlung bis nahe an die Außenlufttempeschräg nach auswärts gerichteten Sammelkammern 5 b ratur abgesaugt, wobei das während dieses Kühlproüber ebenfalls kurze Anschlußstutzen 7 an eine im zesses anfallende Produkt nach unten abläuft und im Durchmesser groß bemessene ringförmige Kondensat- 60 Trennbehälter 14 mit dem übrigen aus der Kondensat-Sammelleitung 8 angeschlossen sind. Sammelleitung ablaufenden Kondensat zusammen-

Die nach Art gleichschenkliger Dreiecke ausgebil- trifft.

deten Zwischenräume zwischen den jeweils benach- Je nach der Stellung des Absperrorgans 15 wird das

barten Elementen sowie der außenseitig polygonal ge- Kondensat entweder über die Rücklaufleitung 16 in staltete Ringraum am oberen Ende der Elemente 65 die Kolonne zurückgegeben oder — bei abgesperrtem zwischen den Verteilerkammern und der Brüden- Ventil 15 — bei 17 abgezogen. Steigleitung 4 sind durch Abkleidungsbleche 9,9 a ab- Wenn bei tiefen Außentemperaturen im Winter mit

gedeckt. zunächst geringem Durchsatz angefahren werden soll,

Fig. 1 den oberhalb eines Kolonnenkopfes angeordneten Kondensator in teilweise geschnittener Längsansicht und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kondensator.

Auf dem Kopf 1 der Rektifizierkolonne, von der in der Zeichnung nur die beiden oberen Austauschboden 2, la schematisch angedeutet sind, sind sechs Kondensatorelemente3, 3a, 3b, 3c, 3d und 3e nach

werden die Heizregister 12 mit Heizdampf beaufschlagt und hierdurch die angesaugte Außenluft vorgewärmt sowie ferner gegebenenfalls durch Abschalten eines oder mehrerer Lüfter die Kühlleistung vermindert. Hierdurch, wird eine zu starke Unterkühlung und gegebenenfalls Erstarrung des Kondensats innerhalb der Elemente während des Anfahrvorganges vermieden. Beim Abschalten von Lüftern wird zugleich die diesen jeweils zugeordnete Jalousie 11 geschlossen, um eine Rückströmung der von den benachbarten Lüftern geförderten Kühlluft zu verhindern.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Luftgekühlter Kondensator für das Kopfprodukt einer Destillier- oder Rektifizierkolonne, insbesondere für Hochvakuum-Anlagen hoher Kondensationstemperaturen, welcher oberhalb des Kolonnenkopfes eine aus dem Kolonnenkopf-Deckel herausgeführte Brüden-Steigleitung umgibt und an diese in kondensatorischer Schaltung angeschlossen ist und dessen Kondensataustritt an eine Entnahmeleitung sowie ferner unter Zwischenschaltung ernes Absperrelementes an eine in die Kolonne oberhalb des obersten Kolonnenbodens einmündende Rücklaufleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator aus mehreren, die Brüden-Steigleitung (4) polygonal umgebenden, mit ihrem unteren Ende schräg nach außen geneigten Rohrelementen (3, 3 a, 3 b, 3 c, 3d) besteht, deren obere Verteilerkammern (5 a) mittels kurzer radialer Verbindungsleitungen (6) an die Steigleitung (4) angeschlossen sind, während die unteren Sammelkammern (Sb) in eine ringförmige Kondensat-Sammelleitung (8) münden und daß jedem Element am unteren Ende innerhalb seiner vertikal projizierten Grundfläche je ein drückend arbeitender, unabhängig zu- und abschaltbarer Schraubenlüfter (10) mit vertikaler Drehachse zugeordnet ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der die Brüden-Steigleitung (4) polygonal und geneigt umgebender Elemente (3 e) für die Nachkühlung und partielle Kondensation des noch Produkt enthaltenden Inertgases oder der Falschluft vorgesehen ist und zu diesem Zweck mit der unteren Sammelkammer (5 b) über einen Trennbehälter (14) an die Kondensat-Sammelleitung (8) und mit der oberen Endkammer (5 a) mittels einer Verbindungsleitung (13) an einen Vakuumerzeuger, z. B. eine Pumpe oder einen Strahlsauger, angeschlossen ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der den Kondensator- bzw. Kühlelementen zugeordneten Lüfter (10) auf der Ansaugseite mit einer seinen Ansaugquersehnitt verändernden, mechanisch oder von Hand verstellbaren Jalousie (11) ausgerüstet ist.

4. Kondensator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß den Lüftern (10) ein in Strömungsrichtung der Kühlluft nachgeschaltetes Heizelement (12) für die Vorwärmung der Elemente beim Anfahrvorgang zugeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 209 638/335 8.62