DE1278398B

DE1278398B - Rektifizierkolonne fuer zaehfluessige Gemische

Info

Publication number: DE1278398B
Application number: DEF45341A
Authority: DE
Inventors: Dr Klaus Boeckmann; Dipl-Ing Dr Rolf Germerdonk; Erich Schoenert
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1965-02-24
Filing date: 1965-02-24
Publication date: 1968-09-26
Also published as: GB1082185A; US3366157A; FR1495426A; BE676695A

Description

Rektifizierkolonne für zähflüssige Gemische Die Erfindung betrifft eine Rektifizierkolonne für zähflüssige Gemische, insbesondere zum Agglomerieren neigender Suspensionen mit einem drehbaren zylindrischen Verdrängerkörper.
Bei bekannten Kolonnen dieser Art ist der Verdrängerkörper als Transportschnecke mit dicht an der Kolonnenwand vorbeistreichenden Schneckengängen ausgebildet. Diese Bauart ist für zähe Flüssigkeiten nicht geeignet, da die zähe Flüssigkeit im wesentlichen entlang der Schneckengänge abläuft und diese sowie den Spalt zwischen den Gängen und der Kolonnenwand mit der Zeit zusetzt, so daß der aus einem getrennten Dampferzeuger stammende Dampf nicht mehr ansteigen kann. Eine gleiche Behinderung für den aufsteigenden Dampf bildet bei Behandlung zäher Produkte ein Kolonneneinbau, der aus einem den Kolonnenraum fast vollständig ausfüllenden Hohlkörper oder Verdrängerkörper mit einem dicht aufliegenden Maschendrahthemd besteht.
Es wurde gefunden, daß diese Nachteile behoben sind, wenn der Verdrängerkörper erfindungsgemäß konzentrisch daran befestigte schraubenförmige Wendeln an sich bekannter Art trägt, deren Innenkanten im Abstand vom Verdrängerkörper und deren Außenkanten im Abstand von der Kolonneninnenwand verlaufen.
Hierdurch wird ein Ringraum zwischen Verdrängerkörper und Wendel gebildet, durch den der aus einem getrennten Dampferzeuger kommende Dampf durch die Kolonne hindurchströmen kann, während die Wendel das zähflüssige Material auf der Innenwand der Kolonne gleichmäßig zu einem Film mit ständig erneuerter Oberfläche ausbreitet.
Der vom Fuß bis zum Kopf des Apparates durchgehende Dampfabzugsraum zwischen Verdrängerkörper und Wendel ist insbesondere für die Vakuum-Rektifikation wichtig, um Druck- und damit Konzentrationsunterschiede auf dem Wischerwendelumfang zu verhindern.
Gegenüber den Rektifikationskolonnen mit im Turm frei hängenden rotierenden starren Wendeln, die sich im geringen Abstand von der Kolonneninnenwand bewegen, wird beim Erfindungsgegenstand durch die Kombination eines Verdrängerkörpers mit Wendeln eine wesentliche Steigerung der Rektifizierleistung der Kolonne erreicht.
Nach besonderen Ausführungsformen der Erfindung weisen die Wendeln rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt auf, je nachdem, welche Querschnittsform sich für das zu behandelnde Gut besser eignet.
In einer Zeichnung sei die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.
Die Rektifizierkolonne besteht aus einem zylindrischen senkrechten, wärmeisolierten Rohr 1, in dem eine als Verdrängerkörper ausgebildete ungekühlte Welle 2 a bzw. 2 b rotiert. An der Welle 2 a, 2 b sind mit Hilfe der Stege 3 a bzw. 3 b ein oder mehrere wendelförmig verwundene Wischer 4 a bzw. 4b befestigt. Der freie Abstand zwischen der Innenwand des Rohres 1 und dem Wischersystem liegt etwa zwischen 0,1 und 5 mm. Bei bestimmten, noch näher beschriebenen Betriebsbedingungen werden innerhalb des Wischersystems 4 a, 4 b weitere Einbauten, wie etwa radiale Flügel 5 b angebracht.
Die Arbeitsweise der Rektifizierkolonnen ist folgende: Die zu rektifizierende Flüssigkeit wird an der Innenwand des Rohres 1 durch das Wischersystem 4 a, 4 b als dünner Film mit ständig erneuerter Oberfläche ausgebreitet und zugleich nach unten gefördert. Die Aufgabe der Flüssigkeit erfolgt in bekannter Weise mit einem Verteilerring oder einer ähnlichen Hilfsvorrichtung. Der aus einem getrennten Dampferzeuger stammende Dampf strömt in dem Ringraum zwischen Welle 2 a, 2 b und Rohr 1 im Gegenstrom zur Flüssigkeit von unten nach oben. Da es sich bei dieser Arbeitsweise um eine Dünnschichtrektifikation handelt, bei der die Flüssigkeitsoberfläche durch eine mechanische Vorrichtung ständig erneuert und zugleich nach unten gefördert wird, lassen sich bei der Rektifikation schlecht fließender Gemische im Vergleich zu normalen Rieselfilmkolonnen größere Stoffübergangszahlen erreichen. Durch die Form der Wischer 4 a, 4 b wird erreicht, daß insbesondere für solche Gemische die Stoffübergangszahlen vergrößert werden, bei denen der Stoffaustauschwiderstand überwiegend auf der Flüssigkeitsseite liegt, z. B. bei Suspensionen, bei denen ein Teil des in die Dampfphase zu überführenden Stoffes durch Adhäsions-oder Kapillarkräfte an die Festkörperoberfläche gebunden ist. Durch die Form des ganzen Wischersystems 3 a, 3 b und 4 a, 4 b sowie durch die als Verdrängerkörper ausgebildete Wischerwelle wird zugleich auch eine große Turbulenz in der Dampfphase und damit ein kleinerStoffübergangswiderstand auf der Dampfseite erzielt.
Da in dieser Kolonne der für die Rektifikation erforderliche Wärme- und Stoffaustausch gemeinsam an der Grenzschicht zwischen Dampf und Flüssigkeit erfolgen, ist auch der Heiz- und Kühlmittelverbrauch der gleiche wie in einer normalen Rektifizierkolonne mit festen Einbauten mit der gleichen Anzahl theoretischer Stoffaustauscheinheiten.
Die Strömung und der Transport der Flüssigkeit lassen sich bei gegebener zeitlicher Menge durch die Konstruktionsgrößen: Durchmesser des Rohres 1, Abstand zwischen Rohr 1 und Wischern 4 a, 4 b, Neigung, Profil und Anzahl der Wischer 4 a, 4b und durch die Drehzahl der Welle 2 a, 2 b beeinflussen.
Die für die Rektifikation günstigste Dampfgeschwindigkeit läßt sich dann durch geeignete Wahl des Durchmessers des Verdrängerkörpers 2, 2 b erreichen.
Dies sei durch einen Vergleich der beiden Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 erläutert: Die Kolonne nach F i g. 1 ist für nicht agglomerierende Flüssigkeiten, längere Verweilzeiten und kleinere Dampfmengen geeignet Das Verweilzeitspektrum für die Flüssigkeit ist günstiger als im Beispiel nach F i g. 2, da durch das rechteckige Profil der Wischer 4 a der Flüssigkeitsfilm, insbesondere bei kleinem Abstand zwischen Rohrinnenwand 1 und Wischer 4 a, bis in Wandnähe aufgerührt und neu gebildet wird. Die Kolonne nach F i g. 2 ist für größere Dampfmengen oder für Vakuumbetrieb eingerichtet.
Der durch den erweiterten Ringraum strömende Dampf wird zur Verbesserung des Stoffübergangs durch radiale Bleche 5 b oder ähnliche Umlenkeinrichtungen zusätzlich verwirbelt. Das runde Profil der Wischerstege4b ist besonders für agglomerierende Suspensionen geeignet, da die Agglomerate infolge der mechanischen Beanspruchung durch die Keilspaltwirkung zwischen der Innenwand des Rohres 1 und den Wischern 4 b zerkleinert werden.
Eine Kolonne der hier beschriebenen Art eignet sich vorzugsweise als reine Abtriebskolonne mit der Gemischaufgabe am Kopf. Es ist jedoch auch möglich, das zu rektifizierende Gemisch in der Mitte der Vorrichtung zuzuführen und dann den oberen Teil als Verstärkerkolonne zu betreiben, wobei in bekannter Weise ein Teil des Destillats als Rücklauf am Kopf aufgegeben werden muß. Diese Betriebsweise ist z. B. dann vorteilhaft, wenn das in reiner Form zu gewinnende Destillat ebenfalls zähflüssig ist oder wenn das mit dem Pro duktzul auf im Gleichgewicht stehende Dampfgemisch beim Kondensieren ein schlecht fließendes Gemisch (z. B. Emulsion) bildet.
Mit der hier beschriebenen Kolonne läßt sich auch eine nicht adiabate Rektifikation mit einem durch Vorgabe der Destillationstemperatur längs des Flüssigkeitsweges beeinflußten Konzentrationsverlauf erreichen. Denn die durch jeden Querschnitt der beschriebenen Rektifizierkolonne strömende Flüssigkeit wird als dünner, mechanisch gerührter Film längs der Wand geführt, so daß man durch definiertes Kühlen und/oder Heizen der Rohrwand 1 bei den in Dünnschichtapparaten erreichbaren hohen Wärmeübergangszahlen den gewünschten Temperaturverlauf längs des Flüssigkeitsweges einstellen kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Rektifizierkolonne für zähflüssige Gemische, insbesondere zum Agglomerieren neigender Suspensionen mit einem drehbaren zylindrischen Verdrängerkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (2a, 2b) konzentrisch daran befestigte schraubenförmige Wendeln(4a, 4b) an sich bekannter Art trägt, deren Innenkanten im Abstand (3 a, 3 b) vom Verdrängerkörper (2a, 2b) und deren Außenkanten im Abstand von der Kolonneninnenwand (1), verlaufen.
2. Rektifizierkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (4 a) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
3. Rektifizierkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (4 b), einen kreisfönnigen Querschnitt aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr.1161852, 1037413.