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Kolonne zur Nassreinigung von Gasen, zur Jestillation und insbesondere
zur Trennung von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Kolonne zum Massreinigen
von Gesan, zur Destillation und insbesondere zur Trennung von Flüssigkeiten, so
wie sie fiir Skrubber, Destillationsapparate, Fraktionierungssiulen oder dergleichen
verwendet werden kann.
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Gbwohl betrichtliches Interesse f³r wirksamere Trennungsapparate Desteht
und viel M³he aufgewandt worden ist, um einen Wirbelband-Destillationsturm zu entwickeln,
sind bisher keine Apparaturen von beirieaigender wirksamkeit bekannt geworden. Es
gab zwar Vorrichtungen, die bereits mit geringem Rückstand und geringem Druckverlust
arbeiten, diese sind jedoch mit einer verhältnismäßig geringen Ergiebigkeit der
Kolonnen belastet. In einigen bekannten Vorrichtungen werden drehbare Schirme aus
korrosionsbeständigem dtahl oder anderen Metallen verwendet, die die Form von iendeln
oder Kegelstümpfen oder Rückhaltespiralen aufweisen und den ganzen Bereich zwischen
den rinden der Säulen ausfüllten. Sie erbringen einen guten Kontakt von Dampf und
Flüssigkeit mit den Wänden dank der geringen Abstände zwischen den Kanten der Schirme
oder sonstigen Metallgebilde und den ianden. Jedoch sind mit diesen bekannten Einrichtungen
nicht die w³nschenswerten Ausoeuten zu erzielen. Die Verwirklichung eines Wirbelbandes
mit einer geringen Druckspitze, mit geringem Rückstau und einer hohen Ausbeute war
bisher eine ungelöste Aufgabe.
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Die Ausbeute ist ein Maß fur die Anreicherung einer Komponente in
der saule, die von den anderen verschiedenen Komponenten getrennt werden soll. lesentlich
dabei ist, dass die Ausbeute von dem Dampf-Fl³ssigkeits-Kontakt abhängt. Mit anderen
Porten, je häufiger der aufsteigende Dampf mit der abfließenden Flüssigkeit in Beruhrung
kommt, desto weitergehend wird die Trennung sein. Bei einer bekannten Wirbelandeinrichtung
kann die Flüssigkeit frei mit dem sich drehenden Band in Beriihrung kommen und hockwirbel
ohnf ohne wirklich aie Wõnde der Sõule zu bers., so dass das aufsteigende Material
anst zgn kann, ahne
die abfließende Fliissigkeit zu berühren. Dies
muss aber vermieden werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die die diese
Nachteile behebt und einen verbesserten Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit gewährleistet.
Ein verbessertes Wirbelband in der Kolonne soll einen geringen Rückstau, einen geringen
Druckabfall sichern und den Weg des Dampfes so verengen, dass der aufsteigende Dampf
mit den Wänden der Säule in Berührung gezwungen wird, um insgesamt eine erhöhte
Ausbeute zu erzielen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Kolonne zur Nassreinigung von Gasen,
zur Destillation und insbesondere zur Trennung von Fliissigkeiten, gekennzeichnet
durch einen stehenden Zylinder, in dem koaxial eine Welle angeordnet ist, deren
Oberfläche mindestens eine wendelförmige Rippe aufweist, die sich mindestens entlang
eines Teiles der Länge der Welle erstreckt.
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Länge und Durchmesser der ofelle bemessen sich zweckmäßig nach den
Abmessungen des turmartigen Zylinders. Da die zentrale Welle vorteilhaft an der
Spitze der Vorrichtung angebr ; cht to ; und zum Rotieren eingerichtet ist, wird
der zentrale Teil der Welle, also ohne das Rippenband, normalerweise länger sein
als der Zylinder. Der totierende Einsatz besteht zweckmäßig aus einem länglichen
Element, das an seiner Außenfläche eintoder mehrere Pendeln oder Rippen aufweist,
welche die gesamte Lange des Einsatzes innerhalb des Destillierturmes bestreichen
können. Der Außendurchmesser der Vorrichtung ist zweckmäßig derart bemessen, dass
nur ein sehr geringer Ringraum zwischen der Innenwand der Säule und dem größten
Durchmesser des Einsatzes bleibt. Die Wendel wird vorzugsweise derart auf der Welle
angeordnet, dass der Einsatz wdhrend der Drehung eine nach abwärts gerichtete Förderwirkung
auf die in dem Turm aufsteigende Flüssigkeit ausübt.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Kolonne nach der Erfindung
wird anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Apparat zur fraktionierten Destillation im Aufriss
und teilweine geschnitten ; Fig. 2 einen-uerschnitt durch den Apparat nech Fig.
1, entsprechend der Linie 2-2 ; in Fig. 1 ist ein Behälter (1) mit der Kolonne (2)
verbunden, die mit einem Auslasstutzen (3) versehen ist. Tnnerhalb der Kolonne ist
ein stab (4) angeordent, der auf seinem Umfang eine wendeiförmig gestaltete Rippe
(5) trägt. Diese Wendelrippe (5) verläuft im allgemeinen iiber die zwanze Länge
der Kolonne. Am oberen Ende des Stabes (4) ist eine strecke (6) von der zende (5)
nicht bedeckt, und ragt durch ein ibs-oerrorgan (7) hindurch, das als Verschluss
fur die Kolonne (2) dient. Das ouere Teil des Stabes (4) ist kraftschlüssig mit
einem elektromotor M gekuppelt.
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Fip. 2 zeigt Einzelheiten der Anordnung in doppelter Großegegenüber
Fig. 1. Die Euttern (8) der Schrauben halten die Flanschhõltften (9) und (10) zusammen.
Der Einfachheit halber sind diese Ralteglieder auch in Fig. 1 dargestellt, jedoch
ist auch jede andere Art von Verbindungsmitteln zwischen der Kolonne und dem Gefäss
verwendbar.
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Es ist bekannt, dass man, wenn man mit Unterdruck destilliert werden
soll, die Kolonne mit geeigneten zusõtzlichen Auslsastutzen vergeben werden muss,
um das System an eine Vakuum-Leitung anzuschlie#en.
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Ferner k~nnen auch Kondensationshilfsmittel verwendet werden. Es wird
auf das US-Patent Kr. 2 712 520 verwiesen, das Absaugmittel und Kondensationshilfsmittel
beschreibt, die im Zussammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können. Gegebenenfallskann der wendeiförmige Teil des Stabes entweder in oder über
den Kondensationsbereich reichen.
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Zum netrieb der Apparatur wird das zu destilli. erende Gatzt in das
Gefõ# (1) gegeben, das daraufhin in üulicher Weise erhitzt wird. Während man Warme
zuf³hrt, wird der Motor M eingeschaltet und mit dem Stab (4) gekuppelt, um ihn in
Drehung zu versetzen. Tm allgemeinen wõhlt man
die Drehrichtung
derart, dass die Flüssigkeit nach unten in das Gefaß zurückgefördert wird, um die
Kolonne vor Anstauungen wahrend der Destillation zu bewähren. Ist dagegen statt
einer Destillation in erster Line eine rasche grobe Abtrennung von Flüssigkeit"us
einem festen Dtoff gewünscht, wobei der feste otoff als erw³ngschtes Produkt im
Gefass verbleibt, so kann man die Forderwirkung der Wendel durch Ändern der Drehrichtung
umkehren. Dadurch wird ein Aufsteigen der Flüssigkeit in der Kolonne und aus dem
Gefass unterst³tzt und die Vorrichtun-wirkt alS Extraktor. Hauptanwendungsgebiet
der Vorrichtung ist jedoch die vestillation.
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Der Stab (4) und die Wendel (5) werden vorzugsweise aus einem floc.
-polymeren gefertigt, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen. Andere geeignete erkstoffe
sind Mischpolymere von Tetrafluoräthylen mit Monochlorfluorõthylen, Hexafluorpropylen
oder hthylen, ferner andere Fluorkohlenstoffpolymere, wie Polychlortrifluoräthylen.
weiter können erkstoffe, wie Polyamid, Polypropylen, Polyformaldehyd, Polyvinylfluorid,
Metalle, Keramik und dergleichen verwendet werden. Im allgemeinen sind Kunststoffe
und vorzugsweise Polytetrafluoräthylen zu empfehlen, das nicht nur eine grosse chemische
Widerstandsfähigkeit und Festigkeit aufweist, sondern auch einen außerordentlich
geringen Reibungskoeffizienten besitzt. er oobald Dampf in der Kolonne hochsteigt,
wird/an die Innenwände gedrängt und gerät mit diesen viel umfassender in Berührung
als bei bisherigen Vorrichtungen. Die Abmessungen der sich drehenden, als Einsatz
ausgebildeten mit der wendelförmigen Erhebung vorgesehenen ruelle sind vorzugsweise
derart, dass sie bei normalen Temperaturen eine enge Passung ergeben. Sobald der
Einsatz aufgeheizt wird, dehnt er sich aus und gerõt dadurch in noch kleineren Abstand
von den #anden der Kolonne 2. Dies ergibt eine höhere Wirksamkeit. Gleichzeitig
wird die in der Kolonne aufsteigende Flüssigkeit an den Innenwänden abwärts gefördert,
so dass Stauungen vermieden werden und eine intensivere Berührung des aufsteigenden
Dampfes mit der Flüssigkeit stattfindet. Somit ist die Kolonne der Erfindung wirksamer
als die bereits bekannten.
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Der Einsatz der Kolonne der Erfindung, d. h. der wendeiförmige Teil'und
der Dtab, können aus einzelnen Teilen zusammengesetzt sein.
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Im vorliegenden Beispiel kann das wendelförmige Element entweder durchgehend
mit dem Stab (4) verbunden sein oder nur an dessen Enden. HçiuSiger bildet der Einsatz
ein einheitliches Ganzes und wird entweder maschinell gegossen oder aus dem Vollen
zefräst.
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Der Stab (4) kann voll oder hohl sein ; in letzterem Falle wird er
vorzugsweise an seinen Enden abgedichtet, um ein Aufsteigen von Bliissibkeit in
dem Rohr zu verhindern. Gs kann auch eine Vielzahl von Pendeln vorgesehen sein.
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Die Apparatur der Erfindung liefert gegenüber vorbekannten Vorrichtungen
eine um 50 o höhere Leistung. Dies bedeutet einen sehr geringen R³ckstau, der ungefõhr
bei einer Kolonne von 600 mm Höhe und 8 mm Durchmesser nur 0,1 ccm betrõgt. Einer
der Gründe dafür ist, dass Polytetrafluoräthylen einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten
auf Glas besitzt, wodurch eine sehr enge Passung zwischen wendet und Glas gewählt
werden kann und dennoch ein einwandfreies Gleiten möglich ist. Es bleibt nur mehr
ein molekularer Film an der Innenseite der Säule zur³ck. Weiter wirkt die Wendel
als Führung für den Stab, und zwar über die ganze Länge der Kolonne, so, dass das
mit dem. Vendel versehene Element mit hohen Geschwindigkeiten praktisch ohne Reibung
rotieren kann. Man hat beispielsweise den umsponnenen Stab mit einer Drehzahl von
5400 Umdrehungen/min. rotieren lassen und dabei Vorteile der vorliegenden Apparatur
erhalten. Die höheren Geschwindigkeiten können ohne Reibung erzielt werden, so dass
auf Ribung zurückzuführende Erwärmung an den Innenwänden nicht auftritt. Wegen der
intensiven nach unten gerichteten Förderwirkung tritt kein Anstauen auf und wegen
der chemischen Widerstandsfähigkeit des wendelförmigen Einsatzes weist die Apparatur
hohe Lebenszeiten auf. Darüberhinaus können in der Apparatur auch agressive Materialien
verwendet werden, die von den bekannten Vorrichtungen nicht verarbeitet werden können.
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Wie bereits aus obigen Darlegungen hervorgeht, besteht die vorliegenue
Apparatur aus einer vertikal angeordneten Kolonne, z.B. aus Glas /in der zentral
ein drehbarer Stab aus polymren Kunststoff ang net ist. Diese belle oder Stab besitzt
eine profilierte Oberfläche, deren erhabene Teile die Form von Wendeln aufweisen,
die sich über den größten Teil der Länge ded Stabes erstrecken. Der innere Teil
des Stabes und der erhabenen Teile sind voll gearbeitet, d. h. sie weisen keine
Perforationen auf und die aufsteigende Flüssigkeit oder der Dampf kann den rotierenden
Einsatz nicht durchdringen.
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Die Wendeln können entweder in wenigen Windungen von etwa 1/8 bis
1/2 Windung pro 25 mm oder enger, von etwa 1/2 bis 8 Bindungen pro 25 mm angeordnet
sein. Im allgemeinen wird man jedoch l/2 bis 4 Windungen pro 25 mm vorziehen, wobei
die Anzahl der indungen den Bediirnissen des Einzelfalles angepasst werden kann.
sie Apparatur besitzt ferner Einrichtungen, um die Welle in Drehung zu versetzen,
um das durch die Kolonne geförderte Material abzuziehen, zum Anschluss an eine Vakuumleitung
und einen Behälter, der das zu trennende Gut aufnimmt.
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Als Antriebsmittel fur den Einsatz kann eine Welle aus Wolfram, rostfreiem
Stahl oder ähnlichem Metall dienen, die durch das Abschlussorgan geführt und mit
einem Motor verbunden ist und deren anderes Ende mit der rotierenden Welle in Verbindung
steht. Derartige rotierende Einrichtungen sind in der US-Patentschrift 2 712 520
offenbart.
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Neben den bereits oben genannten Vorteilen hat die aus festem Werkstoff
bestehende Welle mit ihren wendelförmigen Erhebungen auf der Oberfläche weitere
Vorteile, die bei den bekannten Einrichtungen nicht zu verzeichnen sind. Diese Vorteile
beruhen auf der Masse des drehbaren Elementes. Jedes Material, das entlang der Längsachse
der rotierenden Welle zu wandern bestrebt ist, wird weit stõrkere vM nach außen
geschleudert, als dies bisher bei den bekannten richtungen der Fall war. In der
vorliegenden Apparatur ist es d', Material nicht möglich, auf geradem Nege oder
genau parallel zur
Lõngsachse hoshzusteigen. Dadurch wird erreicht,
dass bei der vorliegenden Apparatur eine stõrkere Durchmischung wahrend der Destilla
und unerwunschtes Material in verstarktem Masse in den Behalter zur³ckbecf~rdert
wird.