DE1719458A1 - Fallstromverdampfer,insbesondere fuer Rektifizierkolonnen - Google Patents

Description

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Beschreibung zum Patentgeeuch

der Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, lüintarbhur / Schmeiz

betreffend:

"Fallstromverdampfer, insbesondere für Rektifizierkolonnen."

Die Erfindung betrifft einen Fallstromverdampfer, in dem in einem beheizten lYlantelraum gegenüber diesem Heizraum dichtend abgeschlossene, lotrechte Rohre angeordnet sind, an deren Innenuiand Flüssigkeit als Rieselfilm abwärts strömt und dabei teilweise verdampft.

Werdampfer dieser Art werden vorteilhaft bei Rektifizierkolonnen eingesetzt, und zuiar insbesondere dann, ujenn es sich bei der zu verdampfenden Flüssigkeit um eine organische Flüssig keit handelt und diese bezüglich der Siedetemperatur äuOerst empfindlich ist, d.h, wenn aufgrund eines relativ hohen Druckes der Siedepunkt entsprechend erhöht ist, da sonst Zersetzungen stattfinden und sich Rückstände bilden können. Sieüepunkter-

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höhungen in unerwünschtem Ausmaß können dann auftreten, tuenn die sich im Bodenraum einer Kolonne sammelnde Flüssigkeit mittels einer unterhalb der Kolonne angeordneten Heizung verdampft u/ird, da im Verdampfungsraum ein erhöhter Druck durch den zusätzlichen statischen Druck der Flüssigkeitssäule im Sammelraum auftritt.

Ebenso können Fallstromverdampfer- vorteilhaft auch bei kontinuierlichen Rektifizierkolonnen eingesetzt werden, bei denen die Sumpfmenge sehr ötlein gehalten werden muß.

Daher ist es üblich, für eine schonende Verdampfung vorstehend erwähnte Fallstromverdampfer zu verwenden. Bisher werden solche Verdampfer als gesonderte Baueinheiten ausgebildet, die neben der Kolonne angeordnet und mit einem U-förmigen Verbindungsstück an den Bodenraum der Kolonne angeschlossen werden. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird dann aus dem Bodenraum der Kolonne ogepumpt und in den oberen Teil des Verdampfers eingespeist. In diesem läuft die Flüssigkeit mit dem entstehenden Dampf im Gleichstrom nach unten und strömt durch das Verbindungsstück in den Bodenraum der Kolonne, von mo aus der Dampf in den Stoffaustauschraum aufsteigt.

Diese Bauart einer Kolonne mit Verdampfer ist herstellungsmäßig äußerst aufwendig und hat zudem in der Horizontalebene einen relativ großen Raumbedarf. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß es aufgrund der festen horizontalen Verbindung von Verdampfer und Kolonne äußerst schwierig ist zu erreichen, daß sowohl die Längsachse der Kolonne ;iLs auch die des Verdampfers genau lotrecht ausgerichtet sind. Letzteres ist aber sowohl für einen einwandfreien Betrieb der KoLonne als auch des Verdampfers erforderlich.

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Es sei ermähnt„ daß auch im Gleichstrom betriebene FaIl-stromverdampfer, die beispielsweise zum Eindampfen einer Lösung dienen, konstruktiv aufwendig sind, zumal sie einen zusätzlichen Dampf/FlüssigkeitsabschBider erforderlich machen.

Alle die genannten Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Verdampfer direkt unterhalb eines Raumes angeordnet ist, und daß der im Verdampfer erzeugte Dampf innerhalb der Rohrkerne im Gegenstrom zu der von den Rohrwänden herabrieselnden Flüssigkeit aufwärts in den Raum strömt.

Bei Rektifizierkolonnen besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß der Verdampfer den gleichen Durchmesser wie die Kolonne aufweist und koaxial zur Kolonne angeordnet und mit dem unteren Ende des Stoffaustauschteiles der Kolonne verbunden ist, und daß der Raum sich zwischen dem Stoffaustauschteil und dem Verdampfer befindet. Hierdurch wird eine äußerst kompakte und stabile Bauweise der aus Kolonne und Verdampfer bestehenden Vorrichtung erreicht, die außerdem einen wesentlich geringeren Arbeitsaufwand bei der Herstellung erfordert.

Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß, obwohl die Strömung des Dampfes und der Flüssigkeit entgegengesetzt gerichtet sind, der Druckverlust der Dampfströmung in einem Bereich gehalten werden kann, der ein Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeiten des Dampfes auf solche U/erts vermeidet, die ein Aufstauen des Flüssigkeitsfilmes bewirken wurden und ein Mitreißen des Flüseigkeitsfilmes vom Dampf nach oben zur Folge hätten. So konnten beispielsweise in den Verdampferrohren Druckverluste von einem Torr/2 m Rohrlänge bei einer

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vergleichbaren Luftgeschwindigkeit von 8 bis 9 m/sec. gemessen

werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß oberhalb eines oberen Rohrbodens, in den die Rohre eingefügt sind, ein die oberen Rohrenden umgebender Sammelraum gebildet ist, in den zu verdampfende Flüssigkeit eingespeist wird, wobei vorteilhaft unterhalb des Verdampfers ein Sammelraum für nicht verdampfte Flüssigkeit angeschlossen ist, aus dem über eine fe Fördereinrichtung Flüssigkeit in den oberen Sammelraum überführt wird.

Die Rohre weisen zweckmäßig an ihren oberen Enden die Rohrwände schräg durchsetzende Bohrungen oder Schlitze zur Einleitung von zu verdampfender Flüssigkeit an die Innenwand der Rohre auf.

Um eine komplizierte Verteileinrichtung für den Übergang der Flüssigkeit an die oberen Rohrwände zu vermeiden und gleichzeitig zu verhindern, daß Teile der Innenwände der Rohre "trockenlaufen", ist es vorteilhaft, zu verdampfende Flüssigkeit in die Rohre im Überschuß im Vergleich zu dem verdampften " Anteil einzuspeisen· Die eingespeiste Flüssigkeitsmenge kann beispielsweise mehr als zehnmal so groß sein wie die innerhalb der Rohre verdampfte Flüssigkeitsmenge.

Weitere merkmale der Erfindung ergeben sich anhand eines in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in echematischer Darstellungeweise einen

Längsschnitt durch den unteren Teil einer Rektifizierkolonne und einen darunter angeordneten Fallstromvsrdampfer, während in

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Fig. 2 ein Querschnitt durch ein im Bereich des oberen Flüssigkeitssammelraumes angeordnetes Ende eines Verdampferrohres dargestellt ist.

Eine Rektifizierkolonne 1, von der in Fig. 1 nur der untere Teil unterhalb der_F_eed-Einspeisung gezeigt ist und die beispielsweise zur Rektifikation von Dekahydronaphtralin 6<|q^h18 (UiZ. Dekalin) dienen kann, ist in ihrem Stoff austauschteil mit Füll- oder Packungskörpern 2 aufgefüllt. Bekanntlich spricht man je nachdem, ob man die Oberfläche durch eine geordnete oder regellose Struktur bildet, von sogenannten Packungen oder FüllkörperschUttungen. Diese Füll- bzw. Packungskörper ruhen auf einem gezackten Rost 3, über den die flüssige Phase durch einen freien Zwischenraum 4 in einen Verdampfer 5 strömt. Der Verdampfer meist einen zylindrischen Iflantelraum 6 vom gleichen Durchmesser wie die Kolonne auf und ist an seinem oberen Ende über Flansche 7 mit den Flanschen 8 der Kolonne verbunden. Im fflantelraum 6 sind in einen oberen und einen unteren Rohrboden und 10 eine Vielzahl von Rohren 11 dichtend eingefügt, deren Gesamtquerschnitt etwa 25 bis 35 % des lichten Querschnitts dee Mantelraumes 6 betragen soll. In den fllantelraum 6 wird über eine Zuführleitung 6a ein Heizmittel, z.B. ein Heizdampf oder auch ein Heizöl, eingeleitet und durch eine Leitung 6b aus dem Verdampfer weggeführt. Der Kreislauf des Heizmittels ist nicht weiter dargestellt. Oberhalb des oberen Rohrbodens 9 ragen die im Bereich ihrer oberen Enden mit schrägen Bohrungen 13 versehenen Rohre 11 in einen Sammelraum 12 für zu verdampfende Flüssigkeit. In diesen Sammelraum wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 15 durch eine Leitung 16 Flüssigkeit eingespeist, die eich in einem an den unteren Teil des Verdampfers angeflanschten Bodenraum 14 sammelt und aus dem bei der Rektifikation gewonnenen flüssigen Produkt beeteht. Hinter der Pumpe

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ist an die Leitung 16 eine ein Ventil 17 aufweisende Leitung zur Entnahme von Produkt angeschlossen*

Während des Betriebes der Rektifizierkolonne rieselt die aus dem Stoffaustauschteil herabfallende Flüssigkeitsphase des rektifizierten Gemisches und die aus dem Sammelraum 12 durch die Bohrungen 13 in die Rohre 11 einströmende Flüssigkeit unter Filmbildung an den Innenwänden der Rohre 11 herab und tuird durch Wärmeaustausch mit dem im Mantelraum 6 des Verdampfers 5 befindlichen Heizmittel teilweise verdampft. Während der nicht verdampfte Anteil der Flüssigkeit im Bodenraum 14 gesammVelt luird, strömt in den Rohrkernen der entstehende Dampf im Gegenstrom zu den Rieselfilmen nach oben und tritt in den Stoffaustauschteil 2 der Kolonne 1 ein.

Wie oben ermähnt, kann durch passende Wahl der Rohrlänge und -querschnitte im Verdampfer im Verhältnis zu dem lichten Querschnitt des Zwischenraumes 4 erreicht werden, daß der Druckabfall des Dampfes in den Rohren in solchen Grenzen bleibt, daß ein Mitreißen des Flüssigkeitsfilmes durch den Dampf vermieden wird, zumindest aber vernachlässigbar klein ist.

- Patentansprüche -

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Claims (6)

17Ί.9ΛΒ8 Patentansprü ehe

1. Fallstromverdampfer, in dem in einem beheizten Ifiantelraum gegenüber diesem Heizraum dichtend abgeschlossene, lotrechte Rohre angeordnet sind, an deren Innenwand Flüssigkeit als Rieselfilm abwärts strömt und dabei teilweise verdampft, insbesondere für Rektifizierkolonnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (5) direkt unterhalb eines Raumes (4) angeordnet ist, und daß der im Verdampfer erzeugte Dampf innerhalb der Rohrkerne (11) im Gegenstrom zu der von den Rohruiänden herabrieselnden Flüssigkeit aufwärts in den Raum strömt.

2. Fallstromverdampfer nach Anspruch 1 für Rektifizierkolonnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (5) gleichen Durchmesser wie die Kolonne (1) aufweist und koaxial zur Kolonne angeordnet und mit dem unteren Ende des Stoffaustauschteiles (2) der Kolonne verbunden ist, und daß der Raum (4) sich zwischen dem Stoffaustauschteil (2) und dem Verdampfer (5) befindet.

3. Fallstromverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb eines oberen Rohrbodens (9), in den die Rohre (11) eingefügt sind, ein die oberen Rohrenden umgebender Sammelraum (12) gebildet ist, in den zu verdampfende Flüssigkeit eingespeist wird.

4. Fallstromverdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekenn- ' zeichnet, daß die Rohre (11) an ihren oberen Enden die Robr-

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taände schräg durchsetzende Bohrungen oder Schlitze (13) zur Einleitung der Flüssigkeit an die Innenwand der Rohre aufweisen.

5. Fallstromv/8rdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Verdampfers (5) ein Sammelraum (14) für nicht verdampfte Flüssigkeit angeschlossen ist, aus dem über eine Fördereinrichtung (15) Flüssigkeit in den oberen Sammelraum überführt ufird.

6. Verfahren zum Betrieb eines Fallstromverdampfers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verdampfende Flüssigkeit in den Sammelraum (12) im Überschuß im Vergleich zu dem verdampften Anteil eingespeist uiird.

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