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Apparat zur Rektifikation, vorzugsweise zur Vakuumrektifikation Die
Erfindung betrifft einen Apparat für die Durchführung von Rektifizierprozessen,
vorzugsweise von Vakuumrektifizierprozessen, der mit erfolg als Rektifikator in
der chemischen, der erdölchemischen, der pharmazeutischen und der Nairungsmittel
oder Vitamine gewinnenden Industrie verwendet werden kann.
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Es ist ein Apparat für die Vakuumrektifikation bekannt, (vgl. Zeitschrift
"Chemie Ingenieur Technik", Bd. 5, Nr.3, St 154, 1963), welcher in Form eines vertikalen
beheizten Gehäuses ausgeführt ist, in dem konzentrisch ein gekühlter rotierender
Rotor mit einer darauf angeordneten Verteilung. ^einrichtung angebracht ist, die
als Satz vertikaler Schaufeln ausgeführt ist Der Spielraum zwischen den genannten
Schaufeln und dem Gehäuse des apparates beträgt 1-2 mm. Der etwa 5 Meter hohe Rotor
rotiert in radial gestützten Lagern und wird im Gehäuse mittels spezieller
Stirnstopfbuchsen
abgedichtet.
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Die wesentlichen Nachteile des bekannten Apparates sind: a) komplizierte
Herstellung der wichtigsten Teile des Apparates; die Innenoberfläche des Gehäuses
muß nämlich Lt zur Vermeidung von Elliptizät präzise bearbeitet werden, ferner muß
der Rotor mit einem hohen Präzisionsgrad herc gestellt und darüber hinaus einer
sorgfältigen stativ schen und dynamischen Auswuchtung unterzogen werden; b) komplizierter
Betrieb des unteren Rotorlagers, das sich in der Zone erhöhter Temperatur befindet
und dessen Schmierung mit Arbeitsflüssigkeit und nicht mit einem speziellen Schmierstoff
erfolgt; c) Kompliziertheit der-Herstellung und des Betriebes der Stirnstopfbuchsen,
durch welche eine hohe hermetische Abdichtung des auch bei hohem Vakuum zu betreibenden
Apparates gewährleistet sein soll; d) komplizierte Zuführung der Kühlmittel in den
rotierenden Rotor; e) komplizierter Betrieb des ganzen Apparates welcher rotierende
Teile grö#erer Abmessungen besitzt, denn selbst u@bedeutende Herstellungs- und Montagefehler,
auttretender Verschleiß oder Schlagen der Welle, führen zur Nichteinhaltung des
Spielraumes zwischen dem-Rotor und dem Gehäuse sowie zum Ausfall der Lager und der
Stopfbuchse; eine besondere Gefahr besteht beim Betrieb des Apparates
bei
Drehzahlen der Welle, die nahe der kritischen lier gen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der oben genannten
Nachteiles Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat zur Rektifikation,
vorzugsweise zur Vakuumrektifikation zu entwickeln, der es ermöglicht, die Bauweise
bedeutend zu verc einfachen, dessen nicht komplizierte und nicht kostspielige Herstellung
gewährleistet sowie dessen Betrieb erleichtert sind, Zur Lösung dieser Aufgabe dient
ein Apparat zur Rektifikation, vorzugsweise zur Vakuumrektifikation, der in Form
eines vertikalen Gehäuses ausgeführt ist, in welchem das am gekühlten und mit einem
Doppelrohr versehenen Wärmeaustauscher konden-sierte Produkt der beheizten Oberfläche
des Gehäuses mittels Verteilungseinrichtungen zugeführt wird, Gemäß der Erfindung
ist dieser Rektifizierapparat dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Wärmeaustauscher
mit dem Doppelrohr im Gehäuse feststehend angeordnet ist und jede der Verteilungseinrichtungen
in Form einer kegelförmigen Scheide ausgeführt ist, die wenigstens eine mit einem
Rand umgebene Öffnung zum Durchleiten der Dämpfe aufweist,
und daß
für eine gleichmäßige Verteilung des zu verdampfenden Produktes an der beheizten
Oberfläche des Gehäuses Je ein Ring aus netzartigem Material vorgesehen ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet daß mehrere
Wärmeaustauscher je mit Verteilungseinrichtungen und einem als beheizbarer Mantel
dienenden Rohr versehen, mittels Rohrgittern gehalten in einer Kammer untergebracht
sind, die als Gehäuse für den Wärmeträgerdurchlauf dient, und daß in einer Kammer
alle Rohre gemeinsame Mischt und Verteilungskammern aufweisen.
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Zum Ein- und Herausleiten von Kühlmittel ist der gekühlte Wärmeaustauscher
mit dem Doppelrohr mit im Oberteil des GeW häuses angebrachten Sammlern versehen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfahrungsbeispiele
und anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt Fig0 1 den Apparat zur Vakuumrektifikation im Längsschnitt
; Fig. 2 eine Verteilungseinrichtung des Apparates im Längs schnitt; Fig. 3 eine
Ausführungsvariante der Verteilungseinrichtung (Schnitt nach Linie 1-1 der Fig.
1);
Fig. 4 eine andere Ausfuhrungs variant e der Verteilungseinrichtung;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des Apparates zur Vakuumrektifikation im
Längsschnitt ; Fig0 6 ein Rohrgitter im Apparat zur Vakuumrektifikation im Querschnitt.
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Der Apparat zur Vakuumrektifikation, der in Fig. 1 dargestellt ist,
weist ein vertikales Gehäuse 1. auf, das mit einem Heizmantel 2 und einigen Stutzen
versehen ist. Der Stutzen 3 dient zum Einfbhren von Dämpfen aus einem Verdampfer
(in der Zeichnung nicht dargestellt), der Stutzen 4 dient zum Herausleiten der Dämpfe
in den Rückflu#kühler (in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt), der Stutzen
5 dient zum Einleiten vom Rücklauf, der Stutzen 6 dient zum Herausleiten der flüssigen
Phase in den Verdampfer, und der Stutzen 7 dient zum Zuführen der Ausgangslösung
bei der Durchführung des kontinuierlichen Rektifizierprozesses.
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Im Gehäuse des Apparates ist ein gekühlter Wärmeaustauscher 8 montiert,
der aus den Rohren 9 und 10 besteht und am Gehäuse 1 mittels einer hermetisch abgedichteten
Flanschenverbindung 11 befestigt ist. Das Außenrohr 10-des Wärmeaustauschers 8 ist
am unteren Ende 12 hermetisch abgeschlossen, das Innenrohr 9 ist am unteren Ende
13 offen.
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Zur gleichmä#igen Verteilung des Kondensates, das sich
beim
Betrieb des Apparates am gekühlten Außenrohr 10 des Wärmeaustauschers 9 bildet,
sind im Apparat Verteilungseinrichtungen 14 angeordnet, die übereinander liegen
und am Außenrohr 10 des Wärmeaustauschers 8 befestigt sind0 Die Verteilungseinrichtung
14, deren Längsschnitt in Fig.2 und deren Draufsicht in Fig. 3 dargestellt sind,
besteht aus einer kegelförmigen Scheibe 16 (Fig. 1), die eine mit aufwärts stehendem
Rand versehene Öffnung 17 (Fig. 2) sowie eine zylindrische Nabe 18 aufweist und
einen Ring 15 aus netzartigem Material enthält.
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Der Netzring 15 ist unbeweglich am Unterteil der kegelförmigen Scheibe
16 der Verteilungseinrichtung 14 befestigt und beriihrt die beheizte Innenoberfläche
19 des Gehäuses 1 des Apparates.. Der Netzring 15 dient zur gleichmäßigen Verteilung
der Flüssigkeit über die beheizte Innenoberfläche 19 des Gehäuses 1, was durch die
Wirkung von Kapillarkräften zustandekommt.
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Eine Form der Öffnung 17 ist in der Fig. 3 abgebildet.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante ähnlicher Öffnungen 17a in
der kegelförmigen Scheibe 16a dargestellt. Die mit Rand versehenen Öffnungen 17
(Fig. 3 bzw. 4) in der Verteilungseinrichtung 14 dienen zum freien Durchtreten der
Dämpfe durch den Apparat nach oben1 wobei der Rand an den oeffnungen zur Verhinderuag
des Abflusses der Flüssigkeit
durch dlese Offnunoen dient. Zur Rerbeiführung
optimaler - Rekfifizierbedingungen sollen die Dämpfe im Apparat in Kreuz- oder Wendel
bewegung nach oben strömen. Zu diesem Zweck wcrden die-Öffnungen 17 in-den benachbarten
kegel förmigen Scheiben 16 um einen gewissen Winkel gegeneinander versetzt angeordnet.
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Am Oberteil des gekühlten-ärmeaustauschers 8 ist der Verteiler 20
für den Rückfluß (Fig. 1) befestigt, der in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes
21 mit gezahntem unterem Rand 22 ausgeführt ist. Ähnlich ist der Verteiler 23 für
die Ausgangslösung ausgeführt, der im mittleren Teil des Apparates untergebracht
ist.
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Zur Verwendung des Apparates für Vakuumrektifikationen mit größerer
Produktivität und höherer Wirkung werden zweckmäßigerweise zunächst nicht Durchmesser
und Höhe des Apparates vergrößert, sondern der Apparat wird in Form eines Mehrrohraggregates
ausgeführt, welches aus Kammern 24 (Fig.5) montiert ist, die übereinander angeordnet
sind. Die Zahl der Kammern wird in Abhangigkeit von der gewünschten Trennwirkung,
die der Röhren je nach dem geforderten Durchsatz gewählt.
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In jeder Kammer 24 sind ein oberes und ein unteres Rohrgitter 25
bzw. 26 angebracht, in deren Öffnungen 27 (Fig.6) die Ro1we 28 (Fig. 5) starr befestigt
sind.
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Jedes Rohr 28 einer solchen Kammer 24 stellt das in Fig. 1 abgebildete
Gehäuse des Rektifizierapparates dar, welches auch den gekühlten Wärmeaustauscher
29 (Fig0 5) aufweist, der aus zwei Rohren, nämlich dem Innenrohr 30 und dem Außenrohr
31 besteht, an welchen die Verteilungseinrichtungen 32 feststehend befestigt sind.
Dabei weisen alle Rohre 28 gemeinsame Misch- und Verteilungskammern 33 für die flüssige
und dampfförmige Phase auf, welche über dem oberen Rohrgitter 25 bzw. unter dem
unteren Rohrgitter 26 angeordnet sind. Über jedem oberen Rohrgitter 25 sind Einrichtung
34 zur gleichmäßigen Verteilung der Be rieselung über die Rohre sowie Sammler 35
zum Zuführen von Kühlmittel in die Wärmeaustauscher 29 und Sammler 36 zum Herausleiten
von Kühlmittel aus den Wärmeaustauschern 29 angeordnet.
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In diesem Falle spielt der Zwischenrohrearaum 37 der Kammer 24, welchem
der Wärmeträger zugeführt wird, die Rolle des Heizmantels.
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Der Apparat arbeitet folgendermaßen: Über den Stutzen 3 gelangt aus
dem Verdampfer in den Apparat 1 das Dampfgemisch der zu trennenden Stoffe. Die an
die gekühlte Oberfläche 38 des Wärmeaustauschers 8 gelangenden Dämpfe werden an
dieser einer partiellen Kondensat tion unterzogen. Zunächst werden an den unten
liegenden
Teilen des Wärmeaustauschers 8 die Dämpfe der weniger
flüchtigen Komponenten kondensiert, während die Dämpfe der flüchtigeren Komponenten
an der höher liegenden gekühlten Oberfläche 38 des Wärmeaustauschers 8 kondensieren.
Das sich bildende Kondensat fließt an der Außenröhre 10 des Wärmeaustauschers 8
auf die Verteilungseinrichtungen 14 herab und gels. wo über deren kegelförmige Scheiben
16 auf aen Netzring 15, mit dessen Hilfe das Kondensat über die beheizte Innenoberfläche
19 des Gehäuses 1 gleichmäßig verteilt wird0 Die auf der beheizten Oberfläche 19
des Gehäuses 1 herabflie#ende Flüssigkeit wird einer partiellen Verdampfung unterzogen,
wodurch auf den höher liegenden Teilen der genannten Oberfläche flüchtigere Komponenten
verdampfen, während die weniger flüchtigen Komponenten auf den unten liegenden Teilen
verdampfen oder über den Stutzen 6 in den Verdampfer abflie#en.
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Durch die sich kontinuierlich und mehrfach wiederholenden und abwechselnden
Prozesse der partiellen Kondensation und der partiellen Verdampfung gelangen in
den Rückflu#kühler die Dämpfe der leichtflüchtigen Komonenten, während in den Verdampfer
die Glüssigkeit abfließt welche weniger flüchtige Komponenten darstellt.
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Somit wird eine wirsame Trennwirkung durch Rektifikation des Ausgangsgemisches
erreicht.