DE1173431B - Verfahren und Vorrichtung zur Rektifikation oder Destillation von Fluessigkeitsgemischen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Rektifikation oder Destillation von Fluessigkeitsgemischen

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DE1173431B
DE1173431B DEB64011A DEB0064011A DE1173431B DE 1173431 B DE1173431 B DE 1173431B DE B64011 A DEB64011 A DE B64011A DE B0064011 A DEB0064011 A DE B0064011A DE 1173431 B DE1173431 B DE 1173431B
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DE
Germany
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liquid
pressure
nozzle
distillation
steam
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Pending
Application number
DEB64011A
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English (en)
Inventor
Dr Friedrich Lorenz
Dr Guenther Bogenstaetter
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/16Evaporating by spraying
    • 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
    • B01D3/06Flash distillation
    • 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
    • B01D3/10Vacuum distillation

Landscapes

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

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Rektifikation oder Destillation von Flüssigkeitsgemischen In der chemischen Verfahrenstechnik wird in zunehmendem Maße die Aufgabe gestellt, Apparate zu entwickeln, in denen Flüssigkeiten bzw. Flüssigkeitsgemische bei niedrigen Drücken, z. B. unterhalb von 10-2 Torr, destilliert werden können. Diese Aufgabe ergibt sich aus der thermischen Unbeständigkeit vieler Flüssigkeiten, die schon bei niedrigen Temperaturen zerfallen oder bleibend geschädigt werden.
  • Man muß daher bei einer Erwärmung bzw. beim Ausdampfen unter dieser Temperatur bleiben.
  • Üblicherweise wird hierbei die Flüssigkeit mit Hilfe mechanischer Einrichtungen als dünner Film auf eine beheizte Fläche aufgebracht. Die Flüssigkeit verdampft an der Oberfläche des Filmes und wird an einer gekühlten Wand wieder kondensiert.
  • Diesen Apparaten ist gemeinsam, daß das Verdampfen, Rektifizieren und Kondensieren an Einbauten erfolgt, die von der Flüssigkeit benetzt werden. Zur Verteilung der Flüssigkeit auf der beheizten Wand sind meist sehr aufwendige, maschinell angetriebene Einbauten, z. B. umlaufende Wischer, erforderlich. Es sind weiter Apparate beschrieben worden, bei denen im Innern einer Kolonne maschinelle Einbauten angeordnet sind. Diese führen zwecks Erzielung eines ausreichenden Stoffaustausches an der Oberfläche der Flüssigkeitströpfchen die Flüssigkeit in Form eines Schleiers quer zur Strömungsrichtung der Dämpfe in mehreren Stufen im Kreis.
  • Der Abstand zwischen den einzelnen Stufen ist aber aus konstruktiven Gründen so groß, daß diese Anordnung für die Kurzwegdestillation bei tiefen Drücken kaum verwendet werden kann.
  • Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen durch Verspritzen und Verdampfen in einer einstufigen Anlage, die aber weder eine Kurzwegdestillation noch eine Rektifikation gestattet.
  • Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Hochvakuumdestillation wird die Flüssigkeit in einer Vielzahl von übereinander angeordneten Kammern verdampft. Eine offene Verbindung der einzelnen Kammern und damit eine gegenseitige Einwirkung der Flüssigkeitsschleier ist daher nicht möglich, so daß man Flüssigkeiten hierbei nicht rektifizieren kann. Es ist auch bekanntgeworden, Öle mit biologischen Wirkstoffen unter Vakuum zu verdampfen und einer Kurzwegdestillation zu unterwerfen. Die Wärme wird hierbei durch Heizdampf zugeführt.
  • Nachteilig ist bei diesem Verfahren die Unmöglichkeit einer Rektifikation sowie unter anderem die Vermischung des Produktes mit dem Heizdampf.
  • Zur Durchführung eines anderen bekannten Verfahrens werden bei der wiederholten Destillation von Flüssigkeitsgemischen rotierende beheizte bzw. gekühlte runde Schalen verwendet. Die Wärmeübertragung an gekühlte Flächen ist hierbei für empfindliche Stoffe von Nachteil, ebenso der hohe Energieaufwand für die wiederholte Erwärmung und Abkühlung.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die erwähnten Nachteile auszuschalten. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rektifikation oder Destillation von Flüssigkeitsgemischen bei einem Druck von höchstens 10-2 Torr wird das Flüssigkeitsgemisch unter erhöhten Druck gebracht, in einem unter Vakuum stehenden Raum in Form eines Flüssigkeitsschleiers versprüht, mit dem sich durch diesen Raum hindurchbewegenden Dampf zum Stoffaustausch gebracht, als Tröpfchen an der Wand des Raumes niedergeschlagen, als Flüssigkeit wieder gesammelt und einer Einrichtung zur Druckerhöhung zugeführt, wobei Mittel zur Zu-und Abfuhr von Wärme und von Flüssigkeit sowie zur Abfuhr von Dampf angeordnet sind.
  • Die Erfindung besteht darin, daß das Flüssigkeitsgemisch in mehreren aufeinanderfolgenden, als Stufen bezeichneten Räumen den genannten Verfahrensschritten wiederholt unterworfen wird und daß der Abstand der Flüssigkeitsschleier zwischen den einzelnen Stufen mindestens in der Größenordnung der freien Weglänge der Moleküle bei dem gewählten Destillationsdruck liegt.
  • Die Vorrichtung zur Rektifikation oder Destillation von Flüssigkeitsgemischen besteht aus einem unter Vakuum stehenden Druckbehälter mit Einrichtungen zum Zuführen und Abführen von Flüssigkeit und zum Abführen von Dampf, Düsen oder Düsenstöcken zur Erzeugung der Flüssigkeitsschleier, Tassen am Mantel des Druckbehälters, Druckerhöhungspumpen, Leitungen zwischen den Pumpen und den Tassen bzw. den Düsen sowie Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärme und ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Tasse (a), eine radial nach außen sprühende Düse oder ein Düsenstock (c), eine Druckerhöhungspumpe (b) mit den zugehörigen Leitungen zu einer Stufe zusammengefaßt und mehrere Stufen (1 bis 4) in dem Druckbehälter (11) übereinander angeordnet sind und daß in der ersten (1) und letzten Stufe (4) in der Leitung zwischen Düse (c) und Pumpe (b) Vorrichtungen (5, 6) zur Zufuhr oder Abfuhr von Wärme angebracht sind.
  • Auf diese Weise wird es möglich, unter Anwendung von beliebig vielen Stufen bei sehr geringem Druckverlust infolge der parallelen Anordnung der Flüssigkeitsschleier in einem Raum zu rektifizieren, ohne in dem Raum beheizte bzw. gekühlte, die Wärme übertragende Flächen zu benötigen.
  • Der Vorgang des Verdampfens, Rektifizierens und Kondensierens wird demnach zweckmäßig, und zwar insbesondere bei der Kurzwegdestillation, in dem Flüssigkeitsschleier durchgeführt. Mehrere dieser Schleier werden in nebeneinander angeordneten Stufen erzeugt. Hierbei soll der Abstand der aus einzelnen Tröpfchen bestehenden Schleier der freien Weglänge der Moleküle entsprechen, der sich bei dem gewählten Druck einstellt. Günstiger ist es noch, wenn die freie Weglänge etwas größer ist als der Abstand der Flüssigkeitsschleier; letzterer soll etwa gleich oder kleiner als 10 cm sein.
  • In der Apparatur sind im Hochvakuumteil keine beheizten, gekühlten oder bewegten Teile angeordnet.
  • Der erforderliche kleine Abstand zwischen den Flüssigkeitsschleiern kann erhalten werden, wenn die Flüssigkeit z. B. durch Breitstahldüsen aufgegeben wird und durch Umlenkbleche in die Ablauftasse so geführt wird, daß keine oder nur eine vernachlässigbar kleine Anzahl von Tröpfchen zurückfallen.
  • In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
  • Ensprechend der Abbildung besteht das Gerät aus einem Druckbehälter 11, in dem ein Druck von höchstens 10-2 Torr aufrechterhalten wird. Das zu trennende Flüssigkeitsgemisch M wird durch einen Zuführungsstutzen 12 zugeführt. Im Druckbehälter 11 sind vier Stufen 1 bis 4 angebracht. Jede Stufe besteht aus einer Tasse a, einer Pumpe b, einer Vorrichtung zur Erzeugung des Flüssigkeitsschleiers c, einer Auffangsvorrichtung d am Mantel des Behälters 11 sowie aus den Leitungen zur Verbindung der genannten Teile.
  • In der Stufe 1 fließt die Flüssigkeit, die sich in der Tasse la gesammelt hat, zu einer Pumpe 1 b, wird hier unter erhöhten Druck gebracht und schließlich einem Wärmeaustauscher 5 zugeführt. In ihm wird die Flüssigkeit auf eine Temperatur erhitzt, die über der Siedetemperatur liegt, die zu dem Druck über der Tasse la im Gleichgewichtszustand gehört. Infolge des höheren Druckes kommt die Flüssigkeit noch nicht zum Sieden. Sie wird einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einer Düse 1 c, zugeführt und hier zu einem Flüssigkeitsschleier le versprüht. Die versprühten Teilchen gelangen nach dem Flug durch den Innenraum zu einer Auffangvorrichtung ld und von hier gesammelt in die Tasse la.
  • Vorteilhaft wird als Wärmetauscher ein Plattenapparat verwendet, da hier bei kurzen Verweilzeiten hohe Wärmeübergangszahlen und damit kleine Übertemperaturen an der Wand erzielt werden können. Auf dem Weg zwischen der Düse 1 c und der Auffangvorrichtung 1d verdampft ein Teil der überhitzt gewesenen Flüssigkeit und kühlt sich auf Siedetemperatur ab.
  • Die Flüssigkeit durchläuft die Stufe 1 mehrmals.
  • Entsprechend der zulässigen Überhitzung der Flüssigkeit in Wärmetauscher 5 sowie der technischen Werte des Düsensystems 1 c ist die Flüssigkeitsmenge zu bestimmen, welche durch die Pumpe 1 b umzupumpen ist.
  • Über der Stufe 1 sind in gleicher Anordnung die Stufen 2 und 3 vorgesehen, welche jeweils aus einem Düsensystem, beispielsweise einer Flachdüse (2 c, 3 c), einer Auffangvorrichtung (2d, 3 d), einer Tasse (2a, 3a) und einer Pumpe (2b, 3b) bestehen und einen Flüssigkeitsschleier (2e, 3e) erzeugen.
  • Die von der Stufe 1 aufsteigenden Dämpfe werden in Flüssigkeitsschleier 2e der Stufe 2, die von der Stufe 2 aufsteigenden Dämpfe im Schleier 3 e der Stufe 3 teilweise kondensiert. Die im Schleier 3 e der Stufe 3 aufsteigenden Dämpfe werden im Schleier 4 e der Stufe 4 kondensiert. Die Kondensationswärme wird im Kühler 6 abgeführt. Die anfallende Kondensatmenge wird teilweise als Destillat E mit dem Stutzen 13 abgezogen oder als Rücklauf 3 R der Stufe 3 zugeführt. Der Überschuß der Stufe 3 gelangt als Rücklauf 2R in die Stufe 2, der bei diesem Beispiel außerdem der Zulauf M zugeführt wird. Der Überschuß der Stufe 2 gelangt als Rücklauf 1 R in die Stufe 1 und wird dort teilweise verdampft. Der Rest verläßt als Sumpfablauf A die Apparatur. Restdämpfe oder Gase werden oben bei G abgezogen.
  • Die gesamte Vorrichtung zur Flüssigkeitstrennung besteht demnach aus einer Verdampfungsstufe 1, zwei Rektifikationsstufen 2 und 3 und aus einer Kondensationsstufe 4.
  • Zahl und Anordnung der Stufen können je nach dem Verwendungszweck gewählt werden.
  • Man kann die Stufen senkrecht übereinander ausführen mit waagerechtem Flüssigkeitsschleier. Sie können aber auch nebeneinander mit senkrechtem Flüssigkeitsschleier oder mit einem schräg liegenden Schleier in jeder Zwischenlage angeordnet werden.
  • Eine Anordnung in konzentrischen Ringen ist ebenfalls möglich.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Rektifikation oder Destillation von Flüssigkeitsgemischen bei einem Druck von höchstens 10-2 Torr, wobei das Flüssigkeitsgemisch unter erhöhten Druck gebracht, in einem unter Vakuum stehenden Raum in Form eines Flüssigkeitsschleiers versprüht, mit dem sich durch diesen Raum hindurchbewegenden Dampf zum Stoffaustausch gebracht, als Tröpfchen an der Wand des Raumes niedergeschlagen, als Flüssigkeit wieder gesammelt und einer Einrichtung zur Druckerhöhung zugeführt wird und Mittel zur Zu- und Abfuhr von Wärme und von Flüssigkeit sowie zur Abfuhr von Dampf angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsgemisch in mehreren aufeinanderfolgenden, als Stufen bezeichneten Räumen den genannten Verfahrensschritten wiederholt unterworfen wird und der Abstand der Flüssigkeitsschleier zwischen den einzelnen Stufen mindestens in der Größenordnung der freien Weglänge der Moleküle bei dem gewählten Destillationsdruck liegt.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem unter Vakuum stehenden Druckbehälter mit Einrichtungen zum Zuführen und Abführen von Flüssigkeit und zum Abführen von Dampf, Düsen oder Düsenstöcken zur Erzeugung der Flüssigkeitsschleier, Tassen am Mantel des Druckbehälters, Druckerhöhungspumpen, Leitungen zwischen den Pumpen und den Tassen bzw. den Düsen sowie Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Tasse (a), eine radial nach außen sprühende Düse oder ein Düsenstock (c), eine Druckerhöhungspumpe (b) mit den zugehörigen Leitungen zu einer Stufe zusammengefaßt und mehrere Stufen (1 bis 4) in dem Druckbehälter (11) übereinander angeordnet sind und daß in der ersten (1) und letzten Stufe (4) in der Leitung zwischen Düse (c) und Pumpe (b) Vorrichtungen (5, 6) zur Zufuhr oder Abfuhr von Wärme angebracht sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 700764; französische Patentschrift Nr. 849596; britische Patentschriften Nr. 636 324, 719 563.
DEB64011A 1961-09-14 1961-09-14 Verfahren und Vorrichtung zur Rektifikation oder Destillation von Fluessigkeitsgemischen Pending DE1173431B (de)

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EP0382314A2 (de) * 1989-02-10 1990-08-16 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Vakuum-Destillationsverfahren

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