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Kondensator für den Kopf von Rektifizierkolonnen In der chemischen
Verfahrenstechnik wird häufig die Aufgabe gestellt, aus Stoffströmen eine oder mehrere
darin enthaltene Stoffkomponenten durch Abkühlung teilweise oder vollständig zu
entfernen. Hierfür kommt z. B. eine Kondensation in Betracht. In anderen Fällen
ist es notwendig, in Stoffströmen Trennvorgänge, wie Rektifikationen oder Extraktionen,
ablaufen zu lassen oder Stoffe umzuwandeln oder ihnen auch lediglich Wärme zuzuführen
oder zu entziehen. Von den genannten Einzelvorgängen können auch mehrere miteinander
gekoppelt sein und gleichzeitig ablaufen. Die zur Ausführung der genannten Vorgänge
in den Behandlungsraum eingesetzten technischen Mitteln sollen den strömenden Stoff
oder das Stoffgemisch über den Querschnitt des Behandlungsweges gleichmäßig verteilen
und ihm eine möglichst große Oberfläche darbieten; Zur Bereitstellung der großen
Oberfläche werden entweder Schüttungen aus Füllkörpern oder Röhrenbündel oder geometrisch
streng geordnete flächenförmige Gebilde verwendet, die sich im allgemeinen in zylindrischen
Kalonnen befinden. Eine Bedingung für die höchstmögliche Wirksamkeit flächenförmiger
Einbauten besteht darin, daß die auf beliebige Volumenelemente des Innenraumes der
Vorrichtung entfallende Oberfläche der Einbauten überall gleich groß sein soll.
Die gleichbleibende Flächendichte bedeutet bei vorgegebenem Flächenabstand auch
die maximale Fläche solcher Einbauten.
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In diesem Zusammenhang wird auch stets die Forderung erhoben, eine
am Kopf der Kolonne aufzugebende Flüssigkeit möglichst gleichmäßig auf den darunterliegenden
Querschnitt zu verteilen. Hierzu sind schon eine Vielzahl von aufwendigen Verteilervorrichtungen
bekannt, von denen gegebenenfalls in einer Kolonne mehrere übereinander angeordnet
zur Anwendung kommen, um die gleichmäßige Verteilung auf den Querschnitt zu gewährleisten.
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Es sind ferner bereits zylindrische Wärmeaustauscher bekannt, die
im Inneren eine Vielzahl senkrecht stehender, großflächiger taschenförmiger Einsätze
besitzen, die an einen in der Mitte stehenden Zylinder angesetzt und im Schnitt
senkrecht zur Kolonnenachse eine äquidistante Kurvenschar bilden, von denen jede
einzelne Kurve evolventenförmig gekrümmt ist. Die evolventenförmige Krümmung der
in den Arbeitsraum eingesetzten Austauscherflächen ergibt für jedes Volumenelement
mit beliebigem Abstand von der Zylinderachse eine gleich große Flächendichte. Der
im Zentrum der Kolonne stehende Zylinder bildet dabei den Basiskreis für die evolventenförmig
gekrümmten Austauscherflächen. Der
Druckverlust solcherart gefüllter Kolonnen ist
bei Vakuum-Rektifikationen gering.
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Es wurde nun gefunden, daß besondere Maßnahmen und Berieselungsvorrichtungen
zur Aufgabe der Rücklaufflüssigkeit am Kopf einer mit geometrisch streng geordneten
Einbauten ausgestattete Rektifizierkolonne entbehrlich sind, sofern die eine Vielzahl
von geschlossenen, taschenförmigen Hohlräume einschließenden Leit- und Kondensationsflächen
des den Rücklauf erzeugenden Kondensators nach dem bekannten Prinzip äquidistant
gekrümmter, taschenförmiger, vom Kühlmittel durchströmter Hohlräume ausgeführt werden.
An einer solchen Vorrichtung besteht die Erfindung darin, daß die die Kondensationsflächen
bildenden Hohlräume in an sich bekannter Weise evolventenförmig gekrümmt sind und
daß die äußeren Enden der mit dem zentralen Raum verbun denen Hohlräume in einen
geteilten Ringraum einmünden. im allgemeinen wird der Arbeitsraum einer Kotonne
zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch von den eingeführten Medien in vertikaler Richtung
durchströmt. Für den Kondensator am Kopf einer Vakuum-Rektifizierkolonne wird jedoch
häufig auch eine Querströmung des Kühlmittels durch die geschlossenen taschen- oder
röhrenförmigen Hohlräume verlangt.
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Erfindungsgemäß ist hierfür an den äußeren Enden der vom Kühlmittel
durchströmten Hohlräume ein unterteilter Ringraum vorgesehen, über dessen Abteilungen
das Kühlmittel im Querstrom zum Kondensatfluß zu- und abführbar ist.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine zusammengesetzte Kolonne, in deren mittlerem Abschnitt 1 das
oben beschriebene evolventenförmig profilierte Flächenbüschel 2 eingesetzt ist.
In dem
darüber befindlichen Abschnitt 3 ist koaxial ein Rücklaufkondensator
mit doppelwandigen Wärmeaustausch- und Flüssigkeitsleitflächen 4 angeordnet.
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Diese Flächen4 schließen Hohlräume ein, die vom Kühlmittel durchströmt
werden. Die Anordnung der die Kühlflüssigkeit leitenden doppelwandigen Flächen 4
des Kondensators ist in F i g. 2 wiedergegeben.
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Die Vielzahl aller doppelwandigen Flächen 4 ist nicht vollständig
dargestellt. Je nach der gewählten Temperatur des Kühlmittels kann ein beliebiger
Teil des aus den unteren und mittleren Abschnitten des Arbeitsraumes aufsteigenden
Dampfes auf den Kühlflächen 4 niedergeschlagen werden. Der verbleibende Teil des
Dampfes verläßt den oberen Abschnitt 3 durch die Leitung 5 und wird, wie an sich
bekannt, in einem nachgeschalteten Kondensator 6 verflüssigt und abgeführt.
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Es entfällt auf jeden Teil-des kreisringförmigen Querschnittes des
Arbeitsraumes eine der Fläche proportionale Kurvenlänge. Wird eine der Rücklaufmenge
entsprechende Dampfmenge an wärmeabführenden Flächen kondensiert, die im Profil
evolventenförmig gekrümmt ausgeführt sind, so muß die Rücklaufflüssigkeit bei der
in F i g. 1 schematisch dargestellten Kolonne längs dieser Profilkurven in konstanter
Menge anfallen. Die Rücklaufflüssigkeit kann also entweder unmittelbar von dort,
zweckmäßig aber von vielen bestimmten Tropfstellen, die an den einzelnen evolventenformig
gekrümmten Kondensatorflächen 4 in gleichmäßiger Verteilung vorgesehen sind, wiederum
in gleicher Mengendichte je Flächeneinheit abtropfen.
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Außer der Vorkehrung doppelwandiger Austausch-bzw. Leitflächen 4
für einen Kondensator, die mit gleichbleibendem Abstand evolventenförmig gekrümmt
sind, offenbart die Fig.2 ferner eine besondere Art der Kühlmittelführung. Um die
doppelwandigen, Kühltaschen bildenden Austauschflächen 4 ist nach der Erfindung
ein allseits geschlossener Ringraum 7 gelegt. Der Ringraum 7 ist durch die beiden
vorzugsweise etwa tangential liegenden Trennwände 8 und 9 hälftig unterteilt. An
eine der Ringraumhälften ist ein Zulaufstutzen 10 und an die andere ein Ablaufstutzen
11 angeschlossen. Die aus den doppelwandigen Flächen 4 gebildeten Kühltaschen verbinden
die Ringraumhälften mit dem zylindrischen mittleren Rohr 12 in der Weise, daß das
Kühlmittel längs der profilierten Fläche von außen nach innen und in umgekehrter
Richtung durchtreten kann. Das Kühlmittel tritt z. B. durch den Stutzen 10 in die
rechte
Ringraumhälfte ein, durchströmt von hier die Austauschflächen 4 entsprechend den
Pfeilen in F i g. 2 und gelangt in den zentralen Raum 13. Aus diesem Raum 13 gelangt
das Kühlmittel wiederum durch andere Austauschelemente 4, die in seinem Strömungsweg
liegen, in die linke Hälfte des Ringraumes 7 und verläßt sie durch den Austrittstutzen
11. Beim Durchtritt durch die Kühltaschen 4 nimmt das Kühlmittel die Kondensationswärme
des in einem Arbeitsraum verflüssigten Dampfanteils auf. Der nicht zu kondensierende
Anteil durchströmt lediglich den Kondensator. Die Aufteilung in solche Anteile erfolgt
durch passende Einstellung der Temperatur des Kühlmittels. Die den Einbauten entsprechende
Kondensatorfläche läßt sich durch Verwendung von gewelltem Blech vergrößern. Sofern
die Wellen der für die Austauschelemente 4 verwendeten Bleche mit der Durchströmungsrichtung
des Kondensators zusammenfallen, geben sie der Flüssigkeit eine zusätzliche Führung.
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Einbauten mit der oben beschriebenen evolventenförmigen Profilierung
kommen nicht nur für Kreisquerschnitte, sondern auch für Apparate anderer Querschnitte
in Betracht.