DE1551583C

DE1551583C - Condenser-evaporator of a two-column rectification column of an air separation plant

Info

Publication number: DE1551583C
Authority: DE
Inventors: Yoshio; Kurosawa Komei; Saito Sho; Sugiyama Sen; Hyugaji Takenori; Hitachi Matsumoto (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Publication date: 1972-08-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator-Verdampfer einer Zweisäulen-Rektifizierkolonne einer Lufttrennanlage mit einer Vielzahl von Rohren, in deren untere Enden flüssiger Sauerstoff aus der oberen Säule einströmt und die von einem Gehäuse umschlossen sind, in dessen oberen Bereich stickstoffreiches Gas aus der unteren Säule eintritt, das nach Wärmeaustausch mit dem in den Rohren aufsteigenden Sauerstoff aus dem unteren Bereich wieder austritt.The invention relates to a condenser-evaporator a two-column rectification column of an air separation plant with a large number of tubes, at the lower ends of which liquid oxygen flows in from the upper column and that from a housing are enclosed, in the upper region of which enters nitrogen-rich gas from the lower column, which after Heat exchange with the oxygen rising in the tubes from the lower area again exit.

Übliche Rektifizierkolonnen für die Tieftemperaturtrennung der Luft umfassen eine untere Säule, in der im wesentlichen Stickstoff abgetrennt wird, eine obere Säule für die weitere Trennung der aus der unteren .Säule stammenden sauerstoffangereicherten Fraktion sowie einen zwischengeschalteten Kondensator-Verdampfer, iri dem der am oberen Ende der unteren Säule anfallende Stickstoff zur Beheizung des Sauerstoffsumpfes der oberen Säule dient, wobei gleichzeitig Rücklauf-Stickstoff entsteht.Usual rectification columns for low temperature separation of the air comprise a lower column in which essentially nitrogen is separated off, a upper column for the further separation of the oxygen-enriched from the lower column Fraction and an intermediate condenser-evaporator, iri the one at the top of the Nitrogen accumulating in the lower column is used to heat the oxygen sump of the upper column, with at the same time return nitrogen is produced.

Der Kondensator-Verdampfer ist üblicherweise in die Rektifizierkolonne mit einbezogen und besteht aus einer Mehrzahl von geraden Rohren, die von der Trennplatte zwischen unterer und oberer Säule ausgehend senkrecht in den unteren Teil der oberen Säule hineinragen und in einem Samnielraiiin zusammengefaßt sind, der durch den oberen Rollt boden und eine ilariibergewölbte Abschlußhaube gebildet wird.The condenser-evaporator is usually in the rectifying column involved and consists of a plurality of straight tubes leading from the Separating plate between the lower and upper column starting vertically in the lower part of the upper Column protrude and summarized in a Samnielraiiin are formed by the upper Rollt floor and an arched cover hood will.

Es ist auch ein Kondensator-Verdampfer bekannt, bei dem der flüssige Sauerstoff durch die Rohre hindurchtritt, während der Stickstoff mantelseitig geführt ist. Eine solche Bauart ist aus der USA.-Patentschrift 2 903 859 zu entnehmen, bei der im Sauerstoff sumpf der oberen Säule stehende Rohre in einem zylindrischen Gehäuse zusammengefaßt sind und von Stickstoff umströmt werden, der durch Ein- und Auslaßstutzen zu-bzw. abgeführt wird. ;■■■' ίο Die Kondensator-Verdampfer mit von unten in die Rohre eintretendem Sauerstoff haben den Vorteil, daß ■ die sich bildenden Dampfblasen einen natürlichen Umlauf von Sauerstoff in den Rohren herbeiführen. Sie haben jedoch ebenso wie die rohrseitig is von Stickstoff durchströmten Anordnungen bei üblicher senkrechter Bauart mit geraden Rohren einen großen Platzbedarf. ''A condenser-evaporator is also known in which the liquid oxygen passes through the tubes, while the nitrogen is guided on the shell side. Such a design is from the United States patent 2 903 859, in which in the oxygen sump of the upper column standing tubes are combined in a cylindrical housing and of nitrogen are flowed around, the inlet and outlet ports to or. is discharged. ; ■■■ ' ίο The condenser-evaporator with in from below Oxygen entering the tubes has the advantage that the vapor bubbles that form are natural Induce circulation of oxygen in the pipes. However, just like the tube side, they have is a nitrogen flow arrangement with the usual vertical design with straight pipes large space requirements. ''

Gemäß der deutschen Patentschrift 836 949 sind daher zur Verringerung der Bauhöhe spiralig geborgene Rohre vorgesehen, wodurch im übrigen der Sauerstoffumlauf verbessert werden soll. Die dort gezeigte Anordnung ist vom sogenannten hängenden Typ, bei dem die Sauerstoffrohre in den oberen Teil der unteren Säule hineinragen und in einem Sammelraum zusammengefaßt sind.According to German patent 836 949, therefore, spirals are salvaged to reduce the overall height Pipes provided, which should also improve the oxygen circulation. The one shown there The arrangement is of the so-called hanging type, in which the oxygen tubes are in the upper part the lower column protrude and are combined in a collecting space.

Ziel der Erfindung ist eine Verbesserung der Austauschleistung und Strömungsführung unter Verwendung gebogener Sauerstoffrohre bei der stehenden Bauart, wobei gleichzeitig für eine einfachere Stickstofführung gesorgt werden soll../· --.' The aim of the invention is to improve the exchange performance and flow guidance using bent oxygen tubes in the upright design, while at the same time providing for a simpler nitrogen guidance ../ · -. '

Zu diesem Zweck wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Gehäuse von seinem Boden her axial durch ein in seinem oberen Bereich endendes Zuführungs-Kernrohr für das stickstoffreiche Gas durchsetzt ist, um welches die von dem Sauerstoff durchströmten Rohre in an sich bekannter Weise als Wendelformrohre vorzugsweise in mehreren Lagen herumgewickelt sind.For this purpose, it is proposed according to the invention that the housing be from its bottom axially through a feed core tube for the nitrogen-rich gas which ends in its upper region is penetrated, around which the pipes through which the oxygen flows in a manner known per se are preferably wound around in several layers as helical tubes.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei verringertem Platzbedarf durch eine vereinfachte Stickstof führung der Wärmeaustausch verbessert wird.This arrangement has the advantage that with reduced Required space by a simplified nitrogen management, the heat exchange is improved.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei Bezug genommen wird auf die Zeichnungen. Es zeigt Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Kondensator-Verdampfers, The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments, reference being made will be on the drawings. 1 shows a diagram of the condenser-evaporator according to the invention,

F i g. 2 dessen nähere Ausgestaltung und F i g. 3 eine weitere Ausführungsform. Gemäß Fig. 1 ist der Kondensator-Verdampfer zwischen der unteren Säule 13 und der oberen Säule 14 angeordnet und besitzt ein Gehäuse 30, dessen Boden 25 durch die obere Begrenzungsplatte der unteren Säule 13 gebildet und von einem aufsteigenden hohlen Kernrohr 23 durchsetzt ist. Um das Kernrohr herum sind Wendelformrohre für den Sauerstoff angeordnet. _,.,....;,;,,;.·F i g. 2 its more detailed design and FIG. 3 another embodiment. According to Fig. 1, the condenser-evaporator is between the lower column 13 and the upper column 14 arranged and has a housing 30, the bottom 25 of which through the upper delimitation plate of the lower Column 13 is formed and is penetrated by an ascending hollow core tube 23. Around the core tube around it are arranged helical tubes for the oxygen. _,., ....;,; ,,;. ·

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Wendelformrohre 28 einer Gruppe 27 in mehreren Lagen unter Mitverwendung von Abstandshaltern 29 um das Kernrohr 23 herumgewickelt, dessen untere öffnung 24 mit dem Boden 25 verbunden ist, während die obere öffnung 26 aus den Wendelformrohren 28 herausragt. As FIG. 2 shows, the helically shaped tubes 28 of a group 27 are also used in several layers by spacers 29 around the core tube 23, the lower opening 24 with the bottom 25 is connected, while the upper opening 26 protrudes from the helical shaped tubes 28.

Die Wendelformrohre sind um das Kernrohr 23 in der Weise gewickelt, daß die Länge der Rohre untereinander gleich ist. Die beiden Enden der RohreThe helical tubes are wound around the core tube 23 in such a way that the length of the tubes are equal to each other. The two ends of the tubes

sind an einem unteren und einem oberen Ring 31,32 am Umfang des Gehäuses 30 angeschweißt.are welded to a lower and an upper ring 31, 32 on the circumference of the housing 30.

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Der Strömungswiderstand der Wendelformrohre unteren Säule im Betrieb bei etwa 96,65° K liegt,The flow resistance of the spiral-shaped tubes lower column during operation is around 96.65 ° K,

28" ist so bemessen, daß er über ihre gesamte Länge so daß die Temperatur des flüssigen Sauerstoffs am28 "is dimensioned so that it extends over its entire length so that the temperature of the liquid oxygen at

für alle Rohre praktisch gleich ist. unteren Ende der oberen Säule höchstens etwais practically the same for all pipes. lower end of the upper column at most about

Falls die Dicke des Gehäuses 30 ausreicht, um die 94,65° K betragen sollte. Daraus ergibt sich eineIf the thickness of the housing 30 is sufficient to be around 94.65 ° K. This results in a

Wendelformrohre 28 daran zu befestigen, kann man 5 Maximalhöhe für den flüssigen Sauerstoff von etwaTo attach helical tubes 28 to it, you can 5 maximum height for the liquid oxygen of about

die Ringe 31, 32 einsparen. zwei Meter.save the rings 31, 32. two metres.

Es ist auch möglich, das untere Ende jedes Wen- F i g. 3 zeigt ein Beispiel des Aufbaus nach F i g. 2, delfonnrohres 28 am Umfang des Gehäuses 30 am wobei zur Entfernung von explosiven Stoffen, welche Ring 31 zu befestigen und das obere Ende des Roh- im flüssigen Sauerstoff in der oberen Säule 14 vorres an einer Abdeckhaube 33 anzubringen, falls diese io handen sind, eine Kohlenwasserstoff-Absorptionsgenügend dick ausgebildet ist. einrichtung 41 im Kreislauf des flüssigen SauerstoffsIt is also possible to use the lower end of each turn. 3 shows an example of the structure according to FIG. 2, delfonnrohres 28 on the circumference of the housing 30 on the being for the removal of explosive substances, which To attach ring 31 and vorres the upper end of the raw in the liquid oxygen in the upper column 14 to be attached to a cover 33, if these are available, sufficient hydrocarbon absorption is made thick. device 41 in the liquid oxygen cycle

Das Gehäuse 30 und die Abdeckhaube 33 lassen angeordnet ist. Diese ist außerhalb der Kolonne vorsieh durch Prägung formen. Um zu vermeiden, daß gesehen und über eine Leitung 44 an den Rohrverflüssiger Sauerstoff in die untere Säule 13 durch- teiler 42 des Gehäuses 30 angeschlossen sowie mit sickert, ist der untere Rand des Gehäuses 30 mit dem 15 dem unteren Teil der oberen Säule 14 durch die Umfang des oberen Randes der Säule 13 dicht ver- Leitung 43 verbunden. Zur Verbesserung des Umschweißt. ' laufes des Sauerstoffs kann eine dem Kondensator- The housing 30 and the cover 33 can be arranged. This is provided outside the column shape by embossing. To avoid being seen and via a line 44 to the pipe condenser Oxygen connected to the lower column 13 divider 42 of the housing 30 as well as with oozes, the lower edge of the housing 30 with the 15 is the lower part of the upper column 14 through the The circumference of the upper edge of the column 13 is tightly connected to line 43. To improve the weld around. 'The flow of oxygen can cause a condenser

Das im oberen Bereich der unteren Säule 13 an- Verdampfer ähnliche Einrichtung im Kreislauf desThe similar device in the circuit of the evaporator in the upper region of the lower column 13

kommende Stickstoffgas wird durch das Kernrohr flüssigen Sauerstoffs vorgesehen sein.Incoming nitrogen gas will be provided through the liquid oxygen core tube.

23 geführt und gelangt durch die obere öffnung 26 ao Kohlenwasserstoffe, die im flüssigen Sauerstoff im23 and passes through the upper opening 26 ao hydrocarbons which are contained in the liquid oxygen in the

zum oberen Teil der Wendelformrohre 28 im Ge- unteren Teil der oberen Säule 14 enthalten sind, wer-to the upper part of the spiral-shaped tubes 28 are contained in the lower part of the upper column 14,

häuse 30. Durch Aufnahme von Kälte aus dem flüs- den durch die Kohlenwasserstoff-Absorptionseinrich-housing 30. By absorbing cold from the fluid through the hydrocarbon absorption device

sigen Sauerstoff in den Wendelformrohren 28 wird tung 41 kontinuierlich entfernt, so daß es möglich ist,sigen oxygen in the helical tubes 28 is device 41 continuously removed, so that it is possible

der Stickstoff von oben nach unten zunehmend ver- Sauerstoff von der oberen Säule 14 als Endproduktthe nitrogen increasingly converts from top to bottom. Oxygen from the upper column 14 as the end product

flüssigt, und die gebildeten Flüssigkeitströpfchen sin- »5 direkt aus dem System abzuziehen, ohne daß einliquid, and the liquid droplets formed are withdrawn directly from the system without a

ken außerhalb der.Rohre in der gleichen Richtung zweiter Kondensator und/oder eine Acetylenentfer-outside of the tubes in the same direction second condenser and / or an acetylene remover

wie das Stickstoffgas nach unten, so daß keine Auf- nungseinrichtung erforderlich ist. Daraus ergibt sichlike the nitrogen gas downwards, so that no collecting device is required. This results in

wirbelung eintreten kann. der Vorteil, daß kein Druckverlust wie bei früherenvortex can occur. the advantage that there is no pressure loss as with earlier

Der flüssige Sauerstoff in den Rohren wird durch Einrichtungen auftritt, der Druck des Sauerstoffpro-The liquid oxygen in the pipes is generated by means of the pressure of the oxygen pro-

das Stickstoffgas erwärmt und größtenteils verdampft, 30 dukts direkt vom herkömmlichen Wert, 100 bisthe nitrogen gas is heated and mostly evaporated, 30 ducts directly from the conventional value, 100 to

so daß er sich innerhalb der Wendelformrohre 28 500 mm Wassersäule, auf 1500 bis 2000 mm Wasser-so that it is within the spiral shaped tubes 28 500 mm water column, 1500 to 2000 mm water

durch den Blasenpumpeffekt im Gegenstrom zum säule (Arbeitsdruck der oberen Säule 14) gesteigertincreased by the bubble pump effect in countercurrent to the column (working pressure of the upper column 14)

Stickstoff bewegt. Er wird dabei durch den unteren wird, und es möglich ist, die Antriebsleistung desNitrogen moves. He is doing this by the lower being, and it is possible to increase the drive power of the

Ring 31 eingesaugt und durch den oberen Ring 32 Luftkompressors und der Flüssiggaspumpe zuRing 31 sucked in and through the upper ring 32 of the air compressor and the liquid gas pump

in die obere Säule 14 überführt. . 35 senken.transferred to the upper column 14. . 35 lower.

Je größer die Flüssigkeitshöhe des flüssigen Sauer- Die Säulen 13 und 14 und der Kondensator-Ver-The greater the liquid level of the liquid acid The columns 13 and 14 and the condenser

stoffs in der oberen Säule 14 ist, desto leichter erfolgt dämpfer können mit entsprechenden Verbindungs-the material in the upper pillar 14, the easier it is to use dampers with the appropriate connection

die Zirkulation und desto größer ist die Wärmeaus- leitungen als drei getrennte Einheiten konstruiertthe circulation and the greater the heat dissipation is constructed as three separate units

tauschwirkung. Allerdings steigt mit zunehmender werden, was für große Anlagen von Vorteil seinexchange effect. However, increases will be, which will be beneficial for large plants

Flüssigkeitshöhe des Sauerstoffs der Druck am Bo- 40 kann.Liquid level of oxygen the pressure at the bottom 40 can.

den der oberen Säule 14 und damit die Sättigungs- .Für die Zirkulation des flüssigen Sauerstoffs undthat of the upper column 14 and thus the saturation .For the circulation of liquid oxygen and

temperatur des flüssigen Sauerstoffs, so daß die Flüs- flüssigen Stickstoffs sind dann die untere Säule, dertemperature of the liquid oxygen, so that the liquid nitrogen are then the lower column, the

sigkeitshöhe nicht unbegrenzt gesteigert werden kann Kondensator-Verdampfer und die obere Säule mitThe liquid level cannot be increased indefinitely with the condenser-evaporator and the upper column

und in Abhängigkeit, von der Kapazität der Vorrich- entsprechendem Höhenunterschied vorgesehen; wennand depending on the capacity of the device, the corresponding height difference is provided; if

tung üblicherweise innerhalb eines. Bereichs von etwa 45 man jedoch den Stickstoff und Sauerstoff mittelstion usually within a. However, in the range of about 45 one means the nitrogen and oxygen

einem Meter bleibt. Durch Versuche kann gezeigt einer Pumpe zirkulieren läßt, könrien die Teile inone meter remains. Experiments have shown that a pump can circulate the parts in

werden, daß die Temperatur des Stickstoffgases der gleicher Höhe angeordnet werden.that the temperature of the nitrogen gas can be arranged to be the same level.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Condenser-evaporator in a two-column rectification column an air separation system with a large number of pipes, in the lower ends of which are more liquid Oxygen flows in from the upper column and which are enclosed by a housing in the upper area of which enters nitrogen-rich gas from the lower column, which after heat exchange with the 'oxygen rising in the pipes' exits the lower area, characterized in that the housing (30) axially from its bottom (25) through a feed core tube (23) for the nitrogen-rich one ending in its upper region Gas is permeated around 'which the pipes through which the oxygen flows in per se known Way as helical shaped tubes (28) are preferably wound around in several layers.

2. condenser-evaporator according to claim 1, characterized in that the ends of the Spiral shaped tubes (28) via a lower and an upper ring (31,32) with the wall of the housing (30) are connected.

3. condenser-evaporator according to claim 1 and 2, characterized in that the lower Ends of the helical shaped pipes (28) open into a pipe distributor (42), which via a hydrocarbon absorption device (41) is connected to the lower area of the upper column (14) (Fig. 3).