DE1248613B - Zweistufiger luftgekuehlter Kondensator fuer das Kopfprodukt einer Destillier- oder Rektifizierkolonne - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 a - 6

Nummer: 1 248 613

Aktenzeichen: H 5 3490 IV c/12 a

Anmeldetag: 8. August 1964

Auslegetag: 31. August 1967

Die Erfindung betrifft einen zweistufigen luftgekühlten Kondensator für das Kopfprodukt einer Destillier- oder Rektifizierkolonne, der auf dem Kolonnenkopf angeordnet ist, mit einem regelbaren Gebläse, einer Luftführungshaube mit Diffusor und Gebläseeinrichtungen tragendem Gehäuse, mit einer an die Dampfzufuhrleitungen angeschlossenen Dampfverteilungskammer und mit innenberippten Luftführungselementen.

Kondensatoren der genannten Art sind bekannt.

Destillierkolonnen in Redestillationsanlagen haben die Aufgabe, Destillationsprodukte hoher Reinheit aus beispielsweise raffinierten Kohlenwasserstoffen abzutrennen, wie sie beispielsweise in Kokereien anfallen. Die Destillierkolonnen arbeiten mit hohen Rücklaufverhältnissen, d. h., die Rücklaufmengen sind hierbei im Verhältnis für Ablaufmenge verhältnismäßig hoch. Da es für eine wirtschaftliche Arbeitsweise der Destillationskolonne eine wesentliche Bedingung darstellt, daß dieser Rücklauf eine stets gleichbleibende Temperatur hat, so eignen sich dafür einstufige luftgekühlte Kolonnenkopfkondensatoren, insbesondere solche, die mit außenberippten Rohren aufgebaut sind, nicht, weil die Temperatur des Rücklaufs mitunter beträchtlichen Schwankungen dadurch unterworfen ist, da der dauernde Wechsel der Witterungseinflüsse, wie Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung, Regen, Wind, Schnee, auf die luftberührte Austauschfläche unmittelbaren Einfluß hat. Darüber hinaus bestimmen betriebliche Maßnahmen, wie z.B. eine Veränderung der Wärmebeaufschlagung im Kondensator, die Kondensattemperatur.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, den gesamten Vorgang einer geregelten zweistufigen Kühlung bei Anwendung einer Luftkühlung und für einen Aufbau auf dem Kopf einer Destillierkolonne in einem Apparat zu vereinigen, für die Kondensation des dampfförmigen Kopfproduktes der Kolonne und die anschließende Kondensatkühlung in gleicher Weise verwendbare Kühlelemente zu schaffen und einen solchen Kondensator weitgehend unabhängig von den ständig wechselnden Witterungseinflüssen zu machen.

Diese Aufgabe ist mit einem Kondensator der genannten Art gelöst, der nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die durch die Luftführungselemente gebildeten Dampfgassen durch Querwände in ihrer Höhe zur Bildung von Kondensations- und Kondensatkühlzonen unterteilt sind, wobei die Querwände durch ihre zur Horizontalen geneigte Anordnung Leitflächen für das ablaufende Kondensat bilden.

Zweistufiger luftgekühlter Kondensator für das Kopfprodukt einer Destillier- oder
Rektifizierkolonne

Anmelder:

Dr.-Ing. Friedrich Hermann,
Dortmund, Max-Eyth-Str. 9;
Dipl.-Ing. Kurt Wartenberg,
Kettwig/Ruhr, Kemmansweg 14

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Friedrich Hermann, Dortmund;

Dipl.-Ing. Kurt Wartenberg, Kettwig/Ruhr

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 19. September 1963
(6 A 7526/63)

Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft erreicht, daß der auch bei einem zweistufigen Kühlvorgang unerwünschte Einfluß eines ständigen Witterungswechsels auf die Regelung weitgehend ausgeschaltet ist, und durch die vorteilhaft von der Dampfverteilungsfunktion entlasteten Kondensationsteile des Wärmetauschers mit ihren aus luftseitig berippten Kühlluftführungselementen gebildeten Wänden sind die Witterungseinflüsse für die Regelung von nur noch untergeordneter Bedeutung.

Durch in den Dampfgassen geneigt angeordnete, kaskadenartig geschaltete Querwände, die durch ihre Schräglage Leitflächen für das von den Kühlflächen ablaufende Kondensat bilden, das somit in natürlichem Gefalle zum obersten Boden der Kolonne zurückfließen kann, werden vorteilhaft Pumpen erspart. Außerdem ist erreicht, daß durch die kaskadenartige Führung des Kondensates innerhalb der Gassen eine Abgabe eines Teiles seiner Flüssigkeitswärme an die berührten Rohrwandungen stattfindet. Vorteilhaft ist dabei auch, daß das in den Kondensationszonen gebildete Kondensat in den Gassen einen Zick-

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zackweg durchläuft und dabei im Kreuzgegenstrom zum Wege der durch den Kondensator strömenden Kühlluft abfließt.

Eine Regelungsmöglichkeit des Kondensatrücklaufes und dessen Rücklauftemperatur wird weiterhin dadurch vorteilhaft in einfacher Weise ermöglicht, daß man den unteren Teil der Dampfverteilungskammer durch Trennwände gegen die der Kondensatbildung dienenden Gassen abschließt und den Kondensatsammelbehälter über regelbare Umleitungen mit dem Boden der Gassen verbindet. Im Kondensatsammelbehälter ordnet man zur Mischung von gekühltem und ungekühltem Kondensat Leitbleche in Form einer Kaskade an. Das gebildete Kondensat kann auf diese Weise entweder vom Fußpunkt der Gasse direkt abgezogen und von den erwähnten Umleitungen, wenn deren Ventile zum Sammelbehälter hin geschlossen sind, einer besonderen Sammelleitung zugeführt werden, oder man kann das Kondensat bei geschlossenen Umwegleitungen aufstauen und durch ao Überlauf und somit weitgehend gekühlt dem Sammelbehälter zulaufen lassen oder vor allem mit Hilfe der Kaskade im Sammelbehälter jeweils gewünschte Mischungen aus gekühltem oder ungekühltem bzw. weniger gekühltem Kondensat in einfachster Weise as herstellen.

An Hand einer beispielsweisen zeichnerischen Darstellung werden nachfolgend weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Kondensators näher erläutert. In dieser Darstellung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eines der innenberippten Rohre, aus welchem durch Seite-an-Seitesetzen der Schmalseiten beispielsweise die Wände der Gassen gebildet werden,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch den erfindungsgemäßen Kondensator längs Linie A-A' in Fig. 4,

F i g. 3 eine Detaildarstellung eines Teilabschnittes einer Querwand,

F i g. 4 einen Vertikalschnitt durch den Kondensator nach F i g. 2 längs Linie B-B' in F i g. 5,

F i g. 5 einen Horizontalschnitt durch den Kondensator längs Linie C-C in F i g. 2,

F i g. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 5 und

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teilausschnittes des Kondensators mit besonders ausgebildeten Dampf- und Kühlkanälen.

Das die nur schematisch angedeutete Destillationskolonne verlassende dampfförmige Kopfprodukt gelangt über die hier als Dampfleitungen bezeichneten Zuleitungen 1 in die Dampfverteilerkammer 2 des Gehäuses 3 und von dort in die Dampfgassen 4, die beispielsweise von innenberippten rechteckigen Rohren 5 mit Innenberippung 5' (F i g. 1) innerhalb des Gehäuses 3 gebildet sein können und deren Rohre unten offen sind und oben unter der Luftführungshaube 20 ausmünden. Das an den Außenwandungen der Rohre 5 bzw. den freien Rohrwänden anfallende Kondensat läuft an diesen senkrecht nach unten bis zur Querwand 6.

Diese Querwände 6 sind zweckmäßig Profilleisten mit abnehmendem Querschnitt und gekehlten Seiten 6', in denen Dichtungsprofile 6" liegen. Derartige Wände können einfach in die Gassen eingesetzt und z. B. durch Klebung gehalten werden. Durch die An-Ordnung dieser Leisten und weiterer als Führungsleisten dienender, kaskadenartig angeordneter Querwände 7 in Verbindung mit den Blechen 8 als Trennwände strömt das Kondensat im Kreuzgegenstrom zur Kühlluft unter Abgabe von Flüssigkeitswärme durch den unteren Teil der Gassen 4, die in diesem Bereich die zweite Kühlstufe bilden. Von hier läuft es über die Verbindungsstutzen 9 in Sammelleitungen 10. Der Abfluß aus den Sammelleitungen 10 durch die Leitungen 11 wird durch Ventile 12 geregelt. Bei geschlossenen Ventilen 12 wird das gesamte anfallende Kondensat durch die Bleche 8 gestaut, so daß es direkt durch die Dampfverteilerkammer 2 zur Kaskade 13 in dem Kondensatsammelbehälter 14 abfließt. Sind die Regelventile 12 voll geöffnet, so strömt das gesamte Kondensat durch die untere Kühlzone über die Querwände 6 und 7 zur Kaskade 13. Jede Zwischenstellung der Regelventile 12 bestimmt das Verhältnis von direkt abfließendem Warmkondensat zum Kaltkondensat der unteren Kühlstufe. In der Kaskade 13 entsteht aus Warmkondensat und Kaltkondensat ein Mischkondensat bestimmter Temperatur, welches im Kondensatsammelbehälter 14 unter' der Kaskade 13 gesammelt wird. Die Temperatur des Mischkondensates im Kondensatsammelbehälter 14 wird von einem nicht dargestellten Thermofühler abgetastet und als Impuls zur selbständigen Einstellung der Regelventile 12 über eine an sich bekannte und nicht näher dargestellte Relaissteuerung benutzt.

Die Temperatur des Mischkondensates ist somit innerhalb des Temperaturbereiches zwischen Warmkondensat und Kaltkondensat beliebig einstellbar. Das Verhältnis von Kondensatablauf zu Kondensatrücklauf wird durch das Regelventil 15 bestimmt. Der Kondensatablauf verläßt den Kondensatsammelraum 14 durch die Leitung 16. Das Restkondensat fließt aus dem Sammelraum 14 durch den Überlauf 17 zur Kolonne zurück.

Die im Dampf stets enthaltenen nicht kondensierbaren Inertgase schließlich werden über als Führungsleisten dienende obere Querwände 18 zur Nachkühlung durch den oberen, nicht direkt vom Dampf beaufschlagten Bereich der Rohrgassen 4 zu den von den Querwänden 18 begrenzten Kanälen 19 geführt, aus denen sie dann mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen durch die Leitung Y¥ abgesaugt werden können, die in einen oberen, durch ein Blech 18' abgetrennten Bereich der Dampfverteilerkammer münden.

Die Dampfgassen sind unten und oben geschlossen; über den Seitenwänden des Gehäuses 3 befinden sich die Luftführungshaube 20 und das Gebläsegehäuse 21 mit dem Diffusor 22. Das Getriebe 23 mit dem Gebläselaufrad 24 ist auf der Dampfverteilungskammer bzw. auf deren entsprechend verstärktem oberen Boden angeordnet. Das Gebläse 24 saugt die Kühlluft von unten nach oben durch die senkrecht stehenden innenberippten Kühlluftelemente.

Die Ausbildung der Kühlluftelemente kann auch in anderer, hinsichtlich der Fertigung zweckmäßigerer Art, als in F i g. 1 gezeigt, erfolgen, und zwar in der Weise, daß man entsprechend bemessene Blechflächen 25 jeweils auf einer Seite mit Rippen 28 (s. F i g. 7) versieht und dann jeweils zwei derart berippte Flächen 25 mit ihren von Rippen freien Seiten unter Freihaltung eines Zwischenraumes 29 miteinander flüssigkeits- und dampfdicht verbindet. Es liegen dann im umgekehrten Sinne zur Ausführung gemäß F i g. 1 gewissermaßen Dampfführungselemente vor, bei deren Zusammenstellung sich berippte Luftführungskanäle 30 ergeben. Zweckmäßig werden hierfür die Blechzuschnitte 25 entsprechend

vorgeformt, d. h. mit abgekröpften Verbindungskanten 26 und Distanznocken 27 ausgeformt.

In F i g. 7 ist ein Ausschnitt aus einem derart gestalteten Kondensator gezeigt. Der Einfachheit halber sind nur im mittleren und linken Kanal Rippen 28 angedeutet. Die Ausprägung von Nocken ist erforderlich, damit die Blechzuschnitte sich nicht unter dem Luftdruck zusammenbiegen. Es ist klar, daß die Luftkanäle 30 seitlich mit Wänden 31 verschlossen sein müssen. Zur Verdeutlichung ist am linken Kanal 30 die Wand 31 weggelassen. Die gestrichelten Pfeile geben die Dampfströmung und die ausgezogenen die Luftströmung in dieser Figur an.

Die Leistungsfähigkeit der Austauschfläche wird ausschließlich durch die Förderluftmenge des Gebiases bzw. durch die Geschwindigkeit der Kühlluft in den Kanälen bei gegebener Außenlufttemperatur bestimmt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zweistufiger luftgekühlter Kondensator für das Kopfprodukt einer Destillier- oder Rektifizierkolonne, der auf dem Kolonnenkopf angeordnet ist, mit einem regelbaren Gebläse, einer Luftführungshaube mit Diffusor und Gebläseeinrichtungen tragendem Gehäuse, mit einer an die Dampfzufuhrleitungen angeschlossenen Dampfverteilungskammer, mit innenberippten Luftführungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Luftführungselemente gebildeten Dampfgassen (4) durch Querwände (6, 7) in ihrer Höhe zur Bildung von Kondensations- und Kondensatkühlzonen unterteilt sind, wobei die Querwände durch ihre zur Horizontalen geneigte Anordnung Leitflächen für das ablaufende Kondensat bilden.

2. Kolonnenkopfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfverteilungskammer (2) in ihrem unteren Bereich durch Trennwände (8) gegen die Gassen (4) abgeschlossen ist und daß der am Boden der Dampfverteilungskammer (2) angeordnete Kondensatsammelbehälter (14) mit in Kaskadenanordnung darin angeordneten Leitflächen (13) durch mit Regelventilen (12) ausgestattete, an Kondensatleitungen (10) angeschlossene Umleitungen (11) mit dem Boden der Gassen (4) verbunden ist.

3. Kolonnenkopfkondensator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassen (4) durch Querwände (18) in ihrem oberen Bereich in Nachkühlzonen für die Nachkühlung der nicht kondensierbaren Restgase und die Dampfverteilerkammer (2) durch eine Querwand (18') in einen an Absaugleitungen (19') angeschlossenen Abzugsraum (19) für die nicht kondensierbaren Gase unterteilt sind.

4. Kondensator nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungselemente aus rechteckigen innenberippten Rohren (5) gebildet sind.

5. Kondensator nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (30) von paarweise luft- und dampfdicht verbundenen, mit Distanzträgernocken (27) versehenen luftseitig berippten Blechen (25) begrenzt sind, die jeweils eine Dampfgasse (29) einschließen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 135 421,
111598, 1093 258,1083 227.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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