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Rektifizierapparat Die Erfindung, betrifft einen Rektifizierapparat
für nichtadiabatische Trennung flüssiger Gemenge, insbesondere unter Vacuum, der
als eine lotrechte, zylinderfö rmige, aus einem Kopfsammelraum, einem FuBsammelraum
und mehreren mittleren Zargen bestehende Kolonne ausgebildet ist und vor allem für
die TRennung von hochsiedenden Stoffen, die bei erhö hten Temperaturen einer Zersetzung
unterliegen, wie Fettsäuren, polyglykole, Amine usw. Er eignet sich ferrer zur Reinigung
hochsiedender Produkte von flüchtigermen Beimengungen und Verunreinigungen, wie
dies z. B. beim Kaprolaktam der Fall ist. Er kann ganz allgemein iberall dort Anwendung
finden,. wo bei Wärme- udn Stoffaustausch die flüssigen und gasförmigen kedien im
Gegenstrom in Berührung geraten, wie bei Destillation, Absorption usw.
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Zur Steigerung der Trennungsweirkung bei der Rektifikation wird gegeenwärtig
im hohen Maße eine @ombination der nichtadiabatischen, teilweisen. Kondensation
mit der Verdeampfung herangezogen. Die heute in der Industrie derart arbeitenden
Vorricthungen sind meist auf dem Prinzip des Dünnschichtverdampfers aufgebaut, nach
dem in einem aufrechtstehenden beheizten Mantel ein achsgerecht gelagertes umlaufendes
Rotationnsystem in Form eines am m Umfang mit Flügel, Beürsten oder Wischer versehenen
Käfigs schnell rotiert und dabei mit seinen Umfangskan-cen an der Innenwandung des
Mantels eine Filmschicht erzeugt. Die nach diesem rrinzip konstruierten hochtourigen
Dännschichtriektifikatoren sind an den Verdanmpfer eines Mblichen Typus abgeschlossen,
betitzen ein gekühltes Rotorsystem, an welchem die in zwangsweiser Turbulenz emporsteigenden
Dämpfe kondensiteren, welches die kondensierten Anteile druch Fli3ehkraft an die
Innenwandung des beheizten @antels abschleudet, wo sie zam Teil neuerlich verdampfen.
Und dieser Vorgang wird ständig wiederholt. Kachteilig sind bei solchen Rektifikatoren
die erhöhten Anforderungen an eine genaue und daher auch kostspielige Fertigung
der Das gesamte Rotorsystem, deren lange oft mehrere meter ausmacht, mul3 dynamisch
ausgewogen sein, erfordert unbedingt eine einwandfreie Abdichtung aller beweglichen
Bestandteile, weil davon die Vakuumkö he abhängig ist und hinderlich ist auch die
Ausbildung der Lever, die das stark durch Wärme beanspruchte Rotationssystem tragen.
Schwierigkeitten bietet ferner auch die unerlässliche haargenaue Einstellun, der
Umfangeskannten der Flügel oder bischer, die in einem Abstand von nur wenigen Lillimetern
von der Innenwand des Mantels laufen sollen. Es ist äusserst
schwierig,
zu grö ßeren Durchmessern zu greifen, so da2 eine grö ßere Kapazität immer die Aufstellung
einer größeren Anzahl von nebeneinandergesckalteten Rektifizierapparaten erfordert.
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Es wurde auch schon versucht eine stabile Yonstruktion des Rektifizierapparates
zu schaffen, der einen beheizten Hantel aufweist, in welchem axial. ein abnehmbarer
Kondensationskö rper gelagert ist, wobei die Reizfläche als s keglefö rmige Bö den
und die Kühlfläche als gleichartig orientierte kegelförmige Glocken mit Kunststoff-.
kragen ausgebildet sind. Die an den gekUhlten Glocken der Kondensatorflähe verflüssigten
Anteile der weniger fliichtigen Bestandteile gelangen dabei an die gegenüberstehenden
kegelfö rmgien Bö den der Verdampferfläche, wo sie teilweise wieder eindampfen,
während die unveraampften Anteile mittels der Überlaufrohre nach den darunter gelegenen
Boden abfließen. Selbst diese weniger anspruchsvolle Ausbildung ist für größere
Durchmesser ungeeignet. Den emeinsamen Nachteil der beiden Anordnungstypen bildet
die zur Abänderung der Konzentration benö tigte verhältnismäßig große Bauhö he.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Rektifizierappanat
zu schaffen, der die besagten Nachteile beseitigt und zur nichtdiabatischen Trennung
flüssiger Gemenge, insbesondere unter Vakuum verwendet werden kann. Dieses Ziel
wird bei dem eingangs erwähnten erfindungsgemäßen Rektifizierapparat dadurch erreicht,
daf den einzelnen Zargen selbständige innere
Einbauten, und zwar
abwechselnd geheizte Verdampfungseinbauten und gekühlte I : ondensationseinbauten
zugehören, welche Einbauten jeweils durch ein System von gleichförmigen, hohlen,
etwa dachartigen Profilen gebildet sind, die gleichmäßig im Abstand nebeneinander
und übereinander gruppiert sind, so daß zwischen ihnen Kanäle oder Spalten zum Durchtritt
des zu behandelnden Gemenges verbleiben, wobei die Innenräume der einzelnen Profile
eines jeden Einbaues übereinander durch lotrechte Überlaufrohre verbunden sind,
während die Innenräume der einzelnen Einbauten durch Verteilungsrohre und Sammelrohre
entweder mit der heißen ZufluB-rohrleitung und heißen AbfluBrohrleitung oder mit
der kalten ZufluBrohrleitung und kalten AbfluBrohrleitung in Verbindung stehen.
Begreiflich können die Profile sowohl nebeneinander in waagrechten als auch iibereinander
in senkrechten Reihen in beliebiger Ordnung zu verschiedenen Gebilden in Deckung,
in seitlicher Stapelung oder versetzt zueinander gruppert sein.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
welche anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben wird. Es zeigen! Fig. 1 eine
schematische Gesamtansicht der Anordnung eines Rektifizierapparates mit dem Hilfsverdampfer,
Fig. 2 eine detaillierte Ausführung der zwei benachbarten Einbauten im axialen Schnitt,
Fig. 3 einen Grundriß der Auführung nach Fig. 2 mit der entsprechenden Verteilungsleitung
fUr das Heiz-und d Kühlmedium.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Rektifizierapparat als eine
lotrechte, zylinderformige Kolonne 1 ausgestattet, die a@us einem Kopfsammelraum
24, einem FulSsammelraum 25 und mehreren mittleren Zargen 2 besteht, wobei die letzten
immer einen inneren, nicht angedeuteten Einbau, und zwar abwechselnd geheizte Verdampfungseînbauten
23 und gekühlte Kondensationseinbauten 26, beinhalten. Qberhalb der höchsten Zarge
2 mit dem höchsten geheizten Verdampfungseinbau 23 und unterhalb des Kopfsammelraumes
24 ist ein Bintrittstutzen 3 für die Zuführung und Verteilung des zu behandelnden
Gemenges angeordnet. In dem Kopfsammelraum 24 ist ein Austrittstutzen 4 zur Abführung
der flüchtigen Bestandteile vorgesehen. Die einzelnen Zargen 2 sind weiter mit stutzen
5, 6, 7 und 8 ausgerüstet, mittels welcher in die, bzw. aus den Einbauten entweder
das Kühl-oder aber das Reizmedium zugeleitet bzw. abgeführt wird. Von diesen dienen
die Eintrittstutzen 5 zur Verteilurig von Heizmedium, üblicherweise von Heizdampf,
aus der gemeinsamen heißen Zuflußrohrleitung 18, deren Abzweigungen Regulierorgane
tragen, in die einzelnen beheizten Verdndampfungseinbauten 23, während die Austrittstutzen
6 zur Abführung des abgekühlten Kondensates in die gemeinsame AbfluBrohrleitung
19 dienen. Die Eintrittstutzen 8 besorgen demgegenäber die Verteilung des Kühlmedims
in die einzelnen gekühlten ondensationseinbauten 26 und die Austrittstutzen 7 sind
zu dessen Abführung bestimmt, wobei diese Austrittstutzen immer mittels Überlaufrohrleitungen
21 mi-u den Lintrittstutzen 8 des ndchst hüheren gekUhlten Kondensationseinbaues
in Verbindung stehen. Zur Zuführung des Kühlmediume in die Colonne 1 dient die kalte
Auflußrohrleitung 20 und zu dessen Abführung die kalte Abflußrohrleitung 22.
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Im Boden der Colonne 1, d. h. in ihrem Fu-ßsammelraum 25, mündet die
ZufluBrohrleitun 10 lr die Zuführung der Dampé der schvrX, ersiedendei BeEtandteile
aus dem Hilfsverdampfer 9 und an den Auslaß in der Bodenmitte ist die ^bflu. erohrleitung
11 zur Abführung des Destillationsrücks tandes angeschlossen, welcher einherseits
durch die Abzweigrohrleitung 16 aus dem Kreislauf austritt, andererseits durch die
mit einem Regulierorgan ausgerüstete Rücklaufrohrleitung 17 in den Hilfsverdampfer
9 zuräckgeführt werden kann.
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Die rkungsweise die ser Anordnung ist folgende : Bas zu behandel@de,
der Kolcnne 1 durch den Eintrittestutzen 3 zugefährte Gemenge wird druch den angedeuteten,
an den Ei@tritts tutzen 3 anschließenden verteiler auf den obersten beneitzten Verdampfungseinbau
23 verspritzt und beim Durchfluß durch #iesen Verde pfungseinbau zum Teil verdampft.
Die verdamgften Anteile werden druch den Aus trittstutzen 4 aus der Kopfea@@elraum
24 abgefälrt, teileibeondeieen,wLrendc.ieemporsteigenden teküklten @bndensations
einbaa 25 ninabrieseln, wo sie mit den emporsteigenden Dämpfen in Berührung @ommen
und teilweise kondensisren, wärend die empersteigenden Dämpfe mit den flächtigeren
Bestanteilen angereichert werden. Derselber Vorgang wiederholt sich in allen Kinbauten.
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Die restliche, ven d@em untersten gekählten Kondens@tionseinbau 26
herabries elnde Rl@@sigkeitsmenge wird teilweise ind en Hilf@verdampfer 9 zurückgeführt,
wo sie neuerlich
verdampft wird und die entstehenden Dämpfe in
die Kolonne 1 zurückgeleitet werden und teilweise als Destillationarückstand aus
dem Kreislauf abgeführt.
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Daa Heizmedium wird durch die gemeinsame heiße Zuflußrohrleitung 18
gleichmäßig sämtlichen beheizten Verdampfungseinbauten 23 zugefUhrt und das Kondensat
mit dem nichet verflüssigten Dampfanteil wieder durch die gemeinsame heife Abflußrohrleitung
19 abgeleitet. Demgegenäber wird das Kühlmedium durch die Zuflußrohrleitung 20 und
durch den Eintrittstutzen 8 dem unters ten Konden-Eationseinbau 26 zugefährt, welchen
es aufsteigend durchfliert und druch die Überlaufrohre 21 in den nichet hö heren
gekühlten Kondensationseinbau 26 geleitet wird.
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Nach @ dem aufsteigenden Druchfluß durch alle Kondeneationseinbauten26
verlasst es die Kolonne 1 durch den Austrittstutzen 7 des obersten gekühlten Kondensationseinbaues
26 and wird durch die kalte Abflußrohrleitung 22 abgeleitet. Selbstverständlich
kö nnen auch andere Alternativen in Verbindung sowohl der gekühlten als auch geheizten
eheizten Verdampfungseinbauten 23 u. id in Verteilung sowohl des Kähl- als auch
des Keizmeiums benatzt werden.
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In n der Fig.2 und 3 sind im a chsrechten Schnitt und Grundriß swei
benachbarte Einbauten veranschaulicht, von welchen der obere beheizt und der antere
gekühlt wird.
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Die hohlen Profile sind zweckmäßig aus einheitlichen, leichten, dachfö
rmigen Köästen ausgebildet, deren beide Winkelschenkel eine schwache Neigung zur
Waagrechten haben, damt sit eine niedrige Bauhö he des Einbaues
und
beim Berieseln einen entsprechenden. Raum fUr die zu behandelnde Flüssigkeit gewähren,
Ebensogut kö nnen auch runde, halbrunde oder andere profile verwendet Werden. Besondere
geeignet sind auch die sogenannten Rippenrohre. Dieee Profile sind in einzelnen
zchichten der beiden EiWauten seitlich gestapelt oder versetzt und beide Einbauten
sind zueinander waagrecht um 90° verdi-, angeordnet. Die Zargenwand des beheizten
Verdc...pfui'.&einbaue&itmitdenstutzen5,6durchbrochen.
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An den Eintrittsstutzen 5 zur Lufuhr des Heizmediums schließt das
Verteilung srohr 12 an, welchen den Innenrs ? 3, file 15 der obers ten Schicht mit
dem Heizmedium versorgt. Von hier aus strö mt dieses @edium setmt de@ entete@enden
@nodensat dareh @berlaufrohre 1 3 @achei@ander den hisdriger gelegendn Schiechten
zu, UL.schließlichirdasan-elrohr14unddurchdenAustritt tutzen @ i@ die ge@einsame
Abflußrohrleitung 19 zu gelangen.
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Die kons truktion des unteren gekählten Kondensationseinbause 26
ist identisch mit der jenigen des oberen beheizten Verdampfungseinbaues23, nur beide
Einbauten sind zueinander um 90° verdreht angeordnet. Die Zargenwand ist mit dem
Eintrittstutzen 3 und mit dem Aus tritts tutzen 7 f dae Kühlmedium durchbrochen.
Die ùt, erlaufrohre 17 zur Verteilung des Heiz- und @2hlmeiums wirken zugleichalsStrebenbzw.tee,durchwelchediehohlen
; voneinander getrennt ehalten werden. Lie Anzahl der Schichten von hlhlen Profiler
in den Einbauten richtet sich je nach der erwänschten maximalen Wirksamkeit des
Apparaten bei einem minimalen Druckverlaust.
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Den Kauptvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung bimdet vor allem
die einkeitliche Ausbildung sowhl der einzelnen Profile als auch der barmen Einbauten,
die es eben ermö glicht, die wirksamen Flächen den jeweiligen Anforderungen anzupassen
und leicht Apparate selbst vom grö ßten Druchmesser zu schaffen, indem weitere zusätzliche
Profile zum Einbau und/oder weitere zusätzliche Eimbauten gleicher oder un terschiedlicher
Formgestaltung and Montruktion zasa@@eng eschaltet -, er zusammengebaut werden.
Druch geeignete Gestaltung sowo@l der Profile, zum Eeispiel in koaxialer ringform,
in gleichseitger Viereck- oder Dreieckform, als auch der ganzen Einbauten kann ferner
eine gleichmäßige Verteilung des zu behandelnden Gemenges erzielt werden, damit
dasselbe Die sämtlichen Einbauten gleichmäßig berieselt und in Dännschicht durchströ
mt. Druch diese einfache kons truktive Anorndung kann schließlich erzielt werdne,
daß die einzelnen Ei. nbauten jeeils leicht aus der kelone zur Reinigung oder Reparatur
herausgeonommen werden kö nnen.