DE1519570A1 - Kolonne mit Glockenboeden - Google Patents

Description

KOLONNE MIT GLOCKENBÖDEN

Die Erfindung betrifft eine Kolonne mit Glockenboden zum Destillieren, Fraktionieren, Absorbieren, Desorbieren, und dgl.

Die bekannten Kolonnen mit Glockenboden sind derart aufgebaut, dass mehrere übereinander angeordnete Austauschböden den Baum innerhalb eines maist zylindrischen Mantels in Stufen unterteilen, denen von oben eine flüssige und von unten eine gasförmige Phase (Gas oder Dampf) zugeführt werden. Die flüssige Phase fl-iesst aus den Stufen über Stauplatten auf den nächst darunter liegenden Austauschboden ab, während die emporsteigende gas-1436/4 alt - 1 -

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förmige Phase über ein oder mehrere-, von Glocken über-" stülpte Stutzen oder Dampflcamine im nächst darüber liegenden Austauschboden in die Glocken desselben gelangt, aus welchen sie über im Glockenmantel ausgebildete radiale oder zur radialen Richtung schräg liegende Durchlässe durch diese in Blasen zerteilt durch die flüssige Phase hindurch entweicht, um den Glocken der nächsten Stufe zuzufliessen. Auf diese v/eise wird eine innige Berührung der beiden Phasen bei Gleichgewichtstemperaturen erreicht. Am Scheitel der Kolonne wird die gasförmige Phase abgeführt und nach Kondensieren zum Teil in die Kolonne zurückgeleitet (Rücklauf), wahrend unten die flüssige Phase in einer Destillierblase angesammelt wird.

Nun werden bei den bekannten Kolonnen dieser Art die Glocken fest an den Glockenboden angebracht. Dies hat zunächst zur Folge, dass die Dauer der Berührung zwischen flüssiger Phase und gasförmiger Phase lediglich durch Einstellung der Schichtdicke der flüssigen Phase geregelt werden kann. Dadurch wird aber ein verhältnismässig grosser Druckabfall zwischen zwei benachbarten Stufen bedingt, was bei Hochvakuumverfahren wegen Begrenzung des unter den untersten Glockenboden erreichbaren Unterdruckes ungünstig ist. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die Flüssigkeitsoberfläche auf den Glockenboden eine in der Strömungsrichtung geneigte Lage • einnimmt, wodurch der Widerstand der Flüssigkeit gegen Barbotage ungleichförmig wird, selbst wenn die Glocken in bezug auf das Flüssigkeitsniveau eingestellt werden. Ungleichförmiger Widerstand hat ungleiche Durchströmungsgeschwindigkeiten zur Folge_s die ihrerseits die Belastbar-

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keit und den wirkungsgrad beeinträchtigen. Die feste An-_< Ordnung der Glocken an den Glockenboden hat schliesslich zur Felge/ dass die Glocken an der Leitung und Mischung der mit Blasen durchsetzten Flüssigkeit nicht aktiv beteiligt sind, wodurch am Glockenboden träge wirkende Stellen entstehen, die wiederum eine Abnahme der Leistungsfähigkeit mit sich bringen.

Die Erfindung bezweokt die Beseitigung dieser Unzulängl ic nice iten und die Schaffung einer Kolonne der eingangs erwähnten Art, bei welcher nicht nur die Einstellung der Glocken an das geweilige Niveau der Flüssigkeit am Glockenboden automatisch erfolgt, sondern auch die Glocken aktiv an der Leitung und Mischung der Phasen teilnehmen, sodass einerseits ein gleichmässiger Strömungswiderstand für die Blasen entsteht und andererseits eine wirksame Berührung entlang der ganzen Fläche der Glockenböden erreicht wird.

Die Erfindung ruht auf der Erkenntnis, dass bei Glocken, deren Durchlässe schräg zum Glockenradius liegen, durch eine axiale Verst. llbarkeit bei drehbarer Lagerung des Glockenkörpers eine selbsttätige Einstellung der Glocken gemäss desi Flüssigkeitsniveau erreicht werden kann. Durch die axiale Verstellbarkeit besteht nämlich für die Glocken die Möglichkeit, mit dem unter ihnen herrschenden Druck Gleichgewicht zu halten. Dies bedeutet, dass die Glocke Niveauänderungeu automatisch folgen wird, falls axiale Bewegungen nicht etwa durch Heibungswiderstände verhindert werden. Die drehbare Lagerung der Glocken bezweckt aber eben die Beseitigung der ruhenden (statischen) Reibung durch eine additioneile Drehbewegung des Glocken-

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körpers, die ihrerseits durch die Strömungsbewegung über die zum Glockenradius schräg liegenden Durchlässe im Glockenmantel dadurch bewirkt wird, dass tangentielle Kräfte entstehen, die ein Drehmoment auf den Glockenkörper ausüben, Biese tangentiellen Kräfte sind dann am größßten, wenn die Entweichungsrichtung einen rechten Winkel mit der radialen Richtung einschliesst. Eine tangentiale Kraft wird aber immer vorhanden sein, wenn die Richtungen der Durchlässe zur Achsrichtung der Glocke windschief liegen, da dann die Durchlassrichtungen immer auch eine tangential liegende Kraftkomponente hervorrufen. Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine Kolonne mit Glockenboden, bei welcher in den Glocken Durchlässe vorgesehen sind, deren Richtungen mit den Achslinien der Glocken windschiefe Geraden bilden, wobei die Erfindung selbst darin besteht, dass die Glocken axial verschiebbar und um ihre Achsen drehbar gelagert sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert, die verschiedene Ausführungs beispiele der Erfindung darstellen.

Fig. 1 zeigt dabei öie allgemeine Anordnung einer als Rektifizierapparat ausgebildeten Kolonne im Längsschnitt.

Pio.· 2 zeigt eine Einzelheit im Schnitt gemäss der Linie II - II. der Fig.- 3. V

Fig. 3 ist ein Querschnitt gemäss der Liüie III - III der Fig. 2.

Fig, M- stellt eine andere Ausführun^sform der selben Einzelheit im Schnitt gemäss der Linie I? - IV der Fig. 5 dar.

Fig» 5 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie

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V-V der Fig. 4,

Fig. 6 stellt eine Einzelheit der erfindungsgemässen Kolonne im Schnitt beispielsweise dar.

Fig. 7 1st ein der Fig. 6 ähnlicher Schnitt eines anderen Ausführungsbeispiele.

Fig. 8 ist der Querschnitt einer anderen beispielsweisen Ausführungsform der Kolonne gemäss der Erfindung,

Fig. 9 ist ein Strömungsbild zu Fig. 8.

Gleiche Bezugszeichen weisen auf ähnliche Einzelheiten hin.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist der dargestellte Rektifizierapparat in üblicher Weise ein vorteilhaft zylindrisches Gehäuse 20 auf, dessen innerer Raum durch Glockenböden in Stufen unterteilt ist. Ein Glockenboden ist in der Zeichnung mit 22 bezeichnet. Die Stufen oberhalb bzw., unterhalb des Glockenbodens 22 sind mit 24 bzw. 25 angedeutet. Oben ist an das Gehäuse 20 eine Rohrleitung 27 für gasförmige Produkte angeschlossen. Unten endet die Kolonne in einer Destillierblase 29 für eine flüssige Phase, die mittels einer Rohrschlange 30 geheizt werden kann.

Die flüssige Phase wird bei 31 zugeführt.· Der zur Temperatureinsteilung erforderliche Rücklauf wird über eine Leitung 32 oben an der Kolonne zugeführt. Es wird einem Kondensator 35 entnommen, der aus der Leitung 27 gespeist; wird. Das Fertigprodukt wird über einen an den Kondensator 35 angeschlossenen Kühler 36 bei 37 gewonnen,- 39 bezeichnet die Abführungsstelle des anderen Endproduktes.

An jedem Glockenboden 22 ist beim dargestellten

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Ausführungsbeispiel in an sich bekannte Weise ein Dampf kamin 40 ausgebildet, der durch eine Glocke 41 derart überstülpt ist, dass durch den Dampfkamin 40 hindurch emporsteigende gasförmige Stoffe durch die Glocke 41 ausserhalb des Dampf^amins 40 wieder nach unten gelenkt werden.

Wie aus den Fig. 2 bis 5 hervorgeht, weisen die Glocken 41 in ihren unteren Randteilen 41a Durchlässe 42 auf, die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen aus verzahnungsähnlichen Ausnehmungen bestehen, aber auch als von allen Seiten vom Glockenmaterial umgebene öffnungen ausgebildet sein könnten, die ersichtlich, bilden die Eichtungen 43 der Durchlässe 40 mit der Achsrichtung 44 der Glocken 41 in an sich bekannte V/eise windschiefe Geraden. Der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 2 und 3 bzw. Fig. 4 und 5 besteht darin, dass im letzteren Fall die Durchlässe 42 eine schärfere Richtungsänderung und somit höhere tangentielle Kräfte hervorrufen.

Nun sind die Glocken 41 gemäss der Erfindung am Glockenboden 22 derart angeordnet, dass sie einerseits verschiedene Höhenlagen einnehmen und anderseits Drehbewegungen ausführen können.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 ist die Glocke 41 zu diesem Zweck mit einer Achse 4$ versehen, die in einem Lager 46 drehbar gelagert ist. Das Lager 46 ist durch Ausleger 47 im Dampf kamin 40 gehaltert. Eine Anscblagsplatte 48 bestimmt durch Aufliegen am Lager 46 die tiefste Lage der Glocke 41, während sie Hebebewegungen frei äiulässt·

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 unterscheidet sich vom vorherigen insofern, dass anstatt des La-

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gers 46 die Achse 45 durch die Ausleger 47 fest gehalterfc ist. Axial gerichtete Hebebewegungen der Glocke 41 werden durch %inen hülsenartigen Portsatz 41b derselben ermöglicht, der an der Achse 45 geführt ist. Die tiefste Lage der Glocke 41 wird hier durch ihr Aufliegen am Anschlag 48 bestimmt. ■■'■'■*;

- ^x Das dargestellte Ausführungsbeispiel der erf indungsgentässen Kolonne mit Glockenboden arbeitet wie folgtϊ

Die Zuführung von zu trennenden Stoffen bei (Fig. 1) _t die Zuführung von Rücklauf bei 32, sowie die Abführung von Fertigprodukten bei 37 bzw. 39 erfolgt in an sich bekannter Weise. Die aus der Destillierblase 29 auf Einwirkung der Heizung in der Rohrschlange 30 frei werdenden Dämpfe steigen. z.B. aus der Stufe 25 über den Dampfkamin 40 unter die Glocke 41 empor (Pfeil 60). Gleichzeitig fliesst eine flüssige Phase in der Gegenrichtung auf den Glockenboden 22, wo sie eine Flüssigkeitsschicht 61 bildet, die sich in der Richtung von Pfeilen 62 bzw. 63 in Strömung befindet. Unter der Glocke 41 wird die Flussigkeitsschicht-61 vom in Richtung des Pfeiles 60 emporströmenden Dampf durchsetzt (barbot iert; , der unter der Glocke einen Druck erzeugt. Der Dampf wird dabei Blasen in der Flüssigkeit bilden, die durch die Durchlässe 42 in die nächste Stufe 24 zu entweichen trachten. Da die Durchlässe 42 eine schräge Lage 43 zur radialen Richtung der Glocke 41 einnehmen, rufen sie beim Herausströmen tangentielle Kräfte 64 hervor (Fig. 3 und 5) _t die die Glocke 41 um ihre Achse 45 in Drehung versetzten, deren Richtinf in den Fig« 3 und mit einem Pfeil 65 angegeben, ist.

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Inzwischen wächst der Druck unterhalb der Glocke solange an, bis durch ihr Anheben in Richtung dee Pfeiles 60 (Fig. 1) soviel Dampf über die Durchlässe 42 entweicht, dass Druck und Glockengewicht miteinander im Gleichgewicht sind und die Glocke 41 eine gleichsam schwebende Lage einnimmt. Es ist leicht einzusehen, dass eine Zu- bzw. Abnahme der Dicke der Flüssigkeitsschicht 61 auch

konstanten eine Aenderung der axialen Lage der Glocke 41 im Sinne der/ Tauchtiefe hervorruft. Dies bedeutet aber eben, dass die Glocke 41 selbsttätig dem Flüssigkeitsniveau auf dem Glockenboden 22 folgt, wie dies durch die Erfindung angestrebt worden ist.

Werden im Glockenboden 22 anstatt eines Dampfkamins 40 eine Anzahl von Dampfkaminen mit Glocken 41 verwendet, wobei sie in zwei Gruppen von sich kreuzenden Reihen angeordnet sind, so können die Durchlässe 42 in den Glocken 41 der einen Gruppe je Reihe, wahrend in den Glocken 41 der anderen Gruppe je Glocke abwechselnd gegensinnig ausgebildet sein, wodurch die Glocken in den Reihen der einen Gruppe abwechselnd gef. ens innig,, während in den Reihen" der anderen Gruppe jeweils gleichsinnig umlaufen werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 8 dargestellt. "Wie ersichtlich, sind hier insgesamt vierundzwanzig Glocken 41 vorgesehen, die in sich kreuzenden Reihen I, II, III, IV bzw. A, B, C, D, E, F angeordnet sind. Die Durchlässe 42 sini in der Gruppe I, II, III, IV glockenweise gegensinnig, ausgebildet, d.h. je zv/ei benachbarte Glocken derselben Reihe haben gegensinnig ausgebildete Durchlässe. Die Durchlässe in den Glocken der anderen Gruppe A, ß, C, D, E, F sind dagegen reihenweise gegensinnig ausgebildet, d,h. die

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Glocken ein und der selben Reihe haben gleichsinnig ausgebildete Durchlässe, die aber in je zwei -benachbarten Reihen gegensinnig sind. Diese Anordnung hat zur Folge, dass der Strömungsweg auf dem Glockenboden 22 durch Reairkulation um die zwischen den Reihen A, B, C, D, E, i¹ mit je Reihe gegensinnigen Durchlässen entstandenen Strecken vervielfacht wird, wie dies aus Fig. 9 hervorgeht, auf der das Strömungsgebiet durch eine schraffierte Flache 70 dargestellt ist. Ein langer Strömungsweg bedeutet aber eine verhältnismäss ig längere Berührung zwischen Flüssigkeit und Blasen und somit einen erhöhten Stoffaustausch. Der Konzentrationsgradient wird auf den Glockenböden vermindert und zwischen den Glockenboden vergrössert. Dies bedeutet, dass die treibende Kraft der Transfervorgänge zwischen den beiden Phasen besser ausgenützt wird.

Im obigen ist die Erfindung anhand eines Destillier*- apparates beschrieben worden. Es ist aber leicht einzusehen, dass die erfindungsgemässe Kolonne auch als ein Desorbier-, Absorbier*- oder Fraktionierapparat ausgebildet werden kann.

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Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1, Kolonne mit Glockenboden, bei welcher ■ in den Glocken (41) Durchlässe (4-2) vorgesehen sind, deren Richtungen (4-3) mit den Achslinien (44) der Glocken windschiefe Geraden bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Glocken (41) axial verschiebbar (60) und um ihre Achsen (45) drehbar (65) gelagert sind (Fig. und 7).
2. 2. Kolonne nach Anspruch 1 mit einer Anzahl von Glocken je Glockenboden, wobei die Glocken in zwei Gruppen von sich kreuzenden Reihen angeordnet sind, dadurch g e k e η η ζ e i c hue t , dass die Durchlässe (42) in den Glocken (41) der einen Gruppe (A, B, C, D, E, F) je Reihe, während in den Glocken der anderen Gruppe (I, II, III, IV) je Glocke abwechselnd gegensinnig ausgebildet sind (Fig. 8 und 9).

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