DE1949609A1 - Kondensatorverdampfer fuer eine Rektifikationssaeule - Google Patents

Kondensatorverdampfer fuer eine Rektifikationssaeule

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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 5'-<O Η 69/077
Ei/Kp
26.9.Ι969
Kondensatorverdampfer für eine Rektifikationssäule
Die Erfindung betrifft einen Kondensatorverdampfer für eine Rektifikationssäule, insbesondere einen Doppelsäulenrektifikator, mit in mehreren Etagen übereinander angeordneten Wärmeaustauscheinheiten.
Bei den bekannten Ausführungsformen von Kondensatorverdampfern für LuftZerlegungsanlagen, die aus einer Mehrzahl von Wärmeaustauscheinheiten in zwei übereinanderliegenden Etagen bestehen, ergeben sich außerordentlich starke Schwankungen des FlUssigkeitsspiegels mit der Folge starker Temperatur-
1Q3Ö1&/1151
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
. erhöhung im unteren Teil des Sauerstoffbades bei steigendem i Spiegel und dadurch weitgehender Stillegung der Wärmeaus-I tauscheinheiten der unteren Etage.
j! Außerdem bestand die Gefahr einer Anreicherung von Kohlen-I Wasserstoffen im unteren Teil des Bades, die zur Explosion des Badgemisches führen konnte.
t Bei Anordnung der Wärmeaustauscheinheiten außerhalb der
i! ■"■■"-
1 Säule ergeben sich aber erhebliche Zusatzinvestierungskosten i| für die Abstützung der Niederdrucksäule und der Wärmeaus- ' ! tauscheinheiten.
I Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatorj Verdampferanordnung zu entwickeln, die die Unterbringung i größtmöglicher Wärmeaustauschflächen innerhalb des Kolonnen-• querschnitts gestattet, auch bei Belastungsschwankungen mit weitgehend konstantem optimalem Badflüssigkeitsspiegel arbeitet und bei der auch Explosionsgefahren durch Anreicherung ent---ι sprechender Bestandteile vermieden werden.
Außerdem soll eine Über die Heizfläche möglichst gleichmäßig verteilte rasche und regelbare Abkühlung der Apparatur beim Anfahren und ein entsprechendes Anwärmen bei Betriebsunter-
981SVTISt
ORK3INAL IMSPECTED
1 943309
|ί -.->■ LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
brechungen möglich sein. ,
i; Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch,
daß die Wärmeaustauscheinheiten der einzelnen Etagen durch
geschlossene Böden mit überlaufrohren mit ÜberlaufflUssigii keitszuführung jeweils vom Etagenboden her für je ein Bad ; flüssigen zu verdampfenden Mediums voneinander getrennt sind, ; in dem die Wärmeaustauscheinheiten angeordnet sind, wobei in
den oberen Etagen mindestens ein Durchgangsstandrohr für ' in den tieferen Etagen verdampftes Medium vorgesehen ist, ί eine mit allen Etagen verbundene Leitung für das zu kondensierende Medium jeweils mit dem oberen Kondensationsteil 'I der Wärmeaustauscheinheiten verbunden ist und für das in ;| jeder Etage kondensierte, aus dem unteren Kondensationsteil 'j der Wärmeaustauscheinheiten jeweils abgeführte flüssige Me-.
eine Verbindungsleitung zu weiteren Verwendungsstellen führt.
Dabei erfolgt die Anordnung eines solchen Kondensatorver-1 dampfers zweckmäßig in der Weise, daß zur Vermeidung einer ; Anreicherung des flüssigen zu verdampfenden Mediums in den einzelnen Etagen mit unerwünschten oder gefährlichen Stoffen '; durch lokale Stagnation in den Etagenböden über der untersten Etage Spülbohrungen vorgesehen sind, die den direkten Ablauf von 0,1 bis 1 JT der je Zeiteinheit anfallenden FlÜssig-
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kelt in die nächsttiefere Etage bewirken.
Dabei ist es vorteilhaft, daß die über der untersten Etage liegenden Etagenböden leicht geneigt ausgeführt sind und die Sp'dlbohrungen jeweils an den tiefsten Stellen angeordnet sind.
Dadurch wird vermieden, daß an einzelnen Stellen der Etagen sich eine Stagnation ergibt und dadurch eine örtliche Anreicherung von unerwünschten Stoffen entsteht.
Für Luftzerlegungsanlagen, vor allem solche mit großen Durchsatzleistungen, ist es bei Doppelrektifikationssäulen von besonderem Interesse, den in an sich bekannter Weise zwischen dem Kopf der Drucksäule und dem Sumpf der Niederdrucksäule eingeschalteten Kondensatorverdampfer mit in mehreren Etagen angeordneten Wärmeaustauscheinheiten vor-
! zusehen, bei denen das zu verdampfende Medium Sauerstoff und das zu kondensierende Medium Stickstoff ist, wobei die Verbindungsleitung für flüssigen Stickstoff aus dem unteren
• Kondensationstell der Wärmeaustauscheinheiten zu einer■ Tauch-
tasse am Kopf der Drucksäule bzw. über ein Enspannungsventil zum Kopf der Niederdrucksäule führt.
j Zur Erzielung einer guten Durchmischung des Flüssigkeits- : bades. jeder Etage wird die Flüssigkeit Jeweils von unten ab-
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gezogen. Wenn genügend Platz zur Verfügung steht, sind '-.' um die Uberlaufrohre der Etagen über der untersten Etage ] mit Vorteil Uberrohre größeren Durchmessers befestigt, deren ; Oberkante über dem Flüssigkeitsspiegel und deren Unterkante
knapp über dem Etagenboden liegt.
Anderenfalls kann die UberlaufflUssigkeltszuleitung vom = ■ Etagenboden her auch durch ein seitlich in ein oben offenes verlängertes Fallrohr einmündendes Zweigrohr erfolgen.
:; Mit besonderem Vorteil wird in jeder Etage mindestens eine ;l Plattenwärmeaustauscheinheit mit vertikal von unten nach oben
i durchströmten offenen Abteilungen für das zu verdampfende
Medium und dazwischen angeordneten geschlossenen Abteilungen ; für das zu kondensierende Medium mit oberem Anschluß einer ! Zufuhrleitung für gasförmiges zu kondensierendes Medium ; an einen Verteilungsraum, mit von oben nach unten durchströmtem Hauptkondensationsraum und mit unterem Sammelraumanschluß für flüssiges kondensiertes Medium an eine Verbindungsleitung zu '. weiteren Verwendungsstellen vorgesehen.
'■; Der Kondensatorverdampfer ist dabei vorteilhaft derart ange-
ι' ordnet, daß die Druckstickstoffzufuhrleitung als alle Etagen
ji durchsetzendes, vom Kopf der Drucksäule ausgehendes zentrales
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
■ Steigrohr ausgebildet ist, an das die in jeder Etage vorgesehenen Wärmeaustauscheinheiten sternförmig angeordnet ι angeschlossen sind.
Zweckmäßig sind die Wärmeaustauscheinheiten als Plattenwärmeaustauscher mit von unten nach oben infolge Gasblasenauftrieb durchströmten offenen Sauerstoffabteilungen und da-
Il - ·
Ij zwischen angeordneten geschlossenen Abteilungen für kon-
densierenden Stickstoff mit oberem Anschluß für gasförmigen Stickstoff vom zentralen Steigrohr an einem Verteilungsraum und unterem Sammelraumanschluß für flüssigen Stickstoff an eine Sammelringleitung mit Ableitung zum Kopf der Drucksäule bzw. Niederdrucksäule ausgebildet.
Es kann jedoch auch von Vorteil sein, in jeder Etage mindestens zwei parallel angeordnete Plattenwärmeaustauscheinheiten mit gegenüber ihrer Höhe mindestens doppelter horizontaler Längserstreckung mit vertikal von unten nach oben durchströmten offenen Sauerstoffabteilungen und dazwischen angeordneten geschlossenen Abteilungen für kondensierenden Stickstoff mit oberem Anschluß einer Zufuhrleitung für gasförmigen Stickstoff vom Kopf der Drucksäule an einen Verteilungsraum, mit von oben nach unten durchströmten! Hauptkondensat lonsraum und mit unterem Sammelraumanschluß für
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ORlGiNAL' INSPECTED
Ii ι;
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;. flüssigen Stickstoff an eine Leitung zu einer Tauchtasse !' am Kopf der Drucksäule bzw. über ein Entspannungsventil
i!
;: zum Kopf der Niederdrucksäule vorzusehen.
Ii
, Zur besseren Regulierbarkeit bei schwankenden Durchsatz-': lelstungen, sowie zum Anfahren bzw. Anwärmen bei Betrlebs- \ Unterbrechungen ist es nach einem weiteren Merkmal der
Γ
Erfindung zweckmäßig, daß in den an den unteren Kondensations·
teil der Wärmeaustauscheinheiten jeder Etage angeschlossenen ,Verbindungsleitungen je ein regelbares Absperrventil einge- :; baut ist.
,!Zur beschleunigten Abkühlung der Anlage beim Anfahren ist es 'vorteilhaft, daß an den Verbindungsleitungen vom unteren Kon- !densationsteil der Wärmeaustauscheinheiten jeder Etage Je-
Ij-
;' wells eine absperrbare Zweigleitung zu einer Entspannungs- ■' turbine vorgesehen ist, durch die das zu zerlegende Gemisch ! bzw. ein Anteil des Gemisches mit relativ niedriger Siede-
j. ■
'.temperatur, bei Luftzerlegung also Stickstoff, einer arbeits-
leistenden Entspannung und Ableitung über Wärmeaustauscher I1 mit dem zu zerlegenden Gasgemisch zugeführt werden kann.
I Bei sternförmiger Anordnung der Wärmeaustauscheinheiten der
i' ■
!!einzelnen Etagen um eine zentrale Druckstickstoff steigleitung
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ί ist es konstruktiv und kostenmäßig von Vorteil, daß die Austrittsstutzen für flüssigen Stickstoff aus dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten jeder Etage an die Druckstickstoffsteigleitung angeschlossen sind, innerhalb deren durch Einschweißen eines oben und unten sich erweiternden Rohres ein geschlossener Ringraum gebildet ist, durch den der flüssige Stickstoff gesammelt und mittels einer Verbindungsleitung nach außen und weiter zu einer Tauchtasse
!am Kopf der Drucksäule bzw. über ein Entspannungsventil zum Kopf der Niederdrucksäule geführt wird.
Zur Verbesserung der Kondensationswirkung einerseits und zur Gewinnung wertvoller Nebenprodukte andererseits ist es ferner zweckdienlich, daß an der Austrittsleitung für kondensiertes flüssiges Medium aus dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten Jeder Etage bzw. an jeder WMrmeaustauscheinheit eine oben angeschlossene Abzügsleitung für Inertgase vorgesehen ist, die durch den Säulenmantel nach außen führt.
Bei Anordnung einer zentralen Druckstickstoffsteigleitung ist es ferner von Vorteil, daß die Abzugsleitung für Inertgase am oberen Ende des den Ringraum in der zentralen Stickstof fstelgleltung bildenden Rohres Jeder Etage angeschlossen ist. ",-■■"■
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i Dabei kann eine Verbindungsleitung zu einer Einrichtung zur -. Gewinnung von Helium und/oder Neon als Nebenprodukt vorgesehen
: Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zur Erreichung ■ ·· eines hochkonzentrierten verdampften gasförmigen Mediums, Ί wie Sauerstoff bei Luftzerlegung, zweckmäßig, daß am Mantel
der untersten Etage für Wärmeaustauscheinheiten mindestens ' ein Abzugsstutzen für verdampftes gasförmiges Medium vor-.i gesehen ist.
Soll jedoch eine mit Krypton und Xenon angereicherte Fraktion •ι zur Gewinnung mindestens eines dieser Produkte in einer . nachgeschalteten Anlage in reiner Form aus dem Sumpf der ,! untersten Etage entnommen werden, so ist erfindungsgemäß eine •Anordnung von Vorteil, wonach am Mantel einer der oberen ! Etagen für Wärmeaustauscheinheiten mindestens ein Abzugsstutzen für gasförmigen Sauerstoff und an der tiefsten Stelle der untersten Etage ein Abzugsstutzen für mit Krypton und , Xenon angereicherten flüssigen Sauerstoff vorgesehen ist.
Um im flüssigen Sauerstoff eine bessere Anreicherung mit , Krypton und Xenon zu erreichen, kann es dabei von Vorteil sein, ! daß zwischen mindestens zweien der Etagen mit Wärmeaustausch- ; einheiten mindestens ein normaler Rektifizierboden mit Zu-
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lauftauchtasse auf einer Seite und gegenüberliegendem überlauf rohr zum bzw. zur nächsttieferen Boden bzw. Etage vorgesehen ist.
Schließlich ist es zur Entleerung der Flüssigkeitsbäder der einzelnen Etagen bei Betriebsunterbrechungen noch zweckmäßig, an der tiefsten Stelle jedes Etagenbodens einen Abzugstutzen für flüssigen Sauerstoff mit Absperrventil vor- !i zusehen.
Einige besonders vorteilhafte Ausführungsformen dieser Erfindung sollen nun anhand der Figuren 1 bis 6 beispielsweise näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den mittleren Teil eines Doppelsäulenrektifikators zur Luftzerlegung, in dem der Kondensatorverdampfer mit in mehreren Etagen übereinander angeordneten Wärmeaustauscheinheiteri eingebaut ist, wobei die oberste Etage einen Schnitt Ia nach der Linie Ia-Ia, die nächsttiefere Etage einen Schnitt Ib nach der Linie Ib-Ib, die nächsttiefere Etage einen Schnitt Ic nach der Linie Ic-Ic und
die unterste Etage einen Schnitt Id nach der Linie Id-Id in Fig. 2 darstellt.
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Pig. 2 stellt den Grundriß einer Etage dar.
Pig· 3 zeigt einen Längsschnitt durch den mittleren Teil eines Doppelrektifikators' einer Luftzerlegungsanlage mit einer anderen Anordnung des Kondensator-Verdampfers, wobei die oberste Etage einen Schnitt Ha nach der Linie Ila-IIa,
die nächsttiefere Etage einen Schnitt Hb, bT nach der Linie Hb-IIb und Hbf-Hb*,
die nächsttiefere Etage einen Schnitt lic nach der Linie Hc-IIc und
die unterste Etage einen Schnitt Hd nach der Linie Hd-IId in Flg. 4 darstellt.
!! Fig. 4 ist der Grundriß einer Etage mit der Anordnung ;: gemäß Fig. 3.
Fig. 5 ist ein schematischer Außriß mit Zusatzböden.
Fig. 6 stellt ein auf das wesentliche vereinfachtes Verfahrensschema dar. -
Auf dem Kopf der Drucksäule 1, die durch einen Kesselboden 2 oben abgeschlossen ist, ist die Niederdrucksäule mit einem
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Kondensatorverdampfer in ihrem unteren Mäntelteil 5 aufgebaut. Zur Unterbringung des Kondensatorverdampfers in diesem Mantelquerschnitt ist dieser in vier Etagen 4 bis 7 übereinander in je eine Mehrzahl von Wärmeaustauscheinheiten 8 aufgeteilt.
Gemäß Fig. 1 und 2 sind in jeder Etage sechs Plattenwärmeaustauscheinheiten 8 sternförmig an eine zentrale Druckstickstoffsteigleitung 9 aus dem Kesselboden 2 des Drucksäulenkopfes angeschlossen.
Der obersten Etage läuft vom untersten Boden der Niederdrucksäule flüssiger Sauerstoff über eine auf dem Kopf des Steigrohres befindliche Auffangtasse mit Überlauf entlang dem Steigrohr oder über ein Tauchrohr zum Boden der obersten Etage zu..
Die oben und unten offenen Sauerstoffräume 10 der Wärmeaastauscheinheiten bestehen aus vertikalen ebenen Blechen, zwischen denen ein Wellblech mit. vertikalen Erzeugenden eingelötet ist. Zwischen diesen Sauerstoffräumen sind mittels eingelöteter Wellbleche mit Vertikalen Erzeugenden Stickstof fräume 11 angeordnet, die oben Über einen Verteilerraum 12 und unten über einen Sammelraum 1.5 aus eingelöteten
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Wellblechen mit jeweils perforierten horizontalen oder schrägen Erzeugenden, sowie über Sammelrohre 14 und 15 und Verbindungsrohre i6und 17 an die Druckstickstoffsteigleitung 9 angeschlossen sind. Die unteren Verbindungsrohre führen dabei in einen im Steigrohr 9 durch ein eingeschweißtes oben und unten erweitertes Rohr 18 gebildeten Ringraum 19. An diesen Ringraum sind den Kolonnenmantel 3 durchsetzende Verbindungsleitungen 20 angeschlossen, die über Absperrventile und eine Sammelleitung 22 einerseits über ein Absperrventil in eine Tauchtasse 2h am Kopf der Drucksäule 1 und andererseits über ein Entspannungsventil 25 zum Kopf der Niederdrucksäule führen.
An der Sammelleitung 22 ist noch über ein Absperrventil 26 eine Zweigleitung 27 zu einer Entspannungsturbine 28 (Figur 6) angeschlossen.
Jede Etage besitzt einen Boden 30, der einerseits mit Uberlaufrohren 31, mit Überrohren 32 zur Flüssigkeitszuführung vom Etagenboden her und andererseits mit Gasdurohlaöstandrohren 33 versehen ist. - '
Gasförmiger Sauerstoff wird zweckmäßig aus der untersten Etage durch Stutzen 4o entnommen.
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Will man aber an der tiefsten Stelle der untersten Etage durch Leitung 41 mit Absperrventil 41T flüssigen Sauerstoff, welcher eine Anreicherung von Krypton und Xenon enthält, abziehen, so ist es vorteilhaft, den gasförmigen Sauerstoff aus einer der oberen oder der obersten Etage durch den Stutzen 42 zu entnehmen.
Am tiefsten Punkt jeder Etage ist außerdem zweckmäßig zur Entleerung der Flüssigkeitsbäder bei Betriebsunterbrechungen eine Ablaßleitung mit Absperrventil vorgesehen, (nicht gezeichnet).
Zur Verhinderung der Bildung gefährlicher Anreicherungen von Kohlenwasserstoffen im unteren Bereich der einzelnen Etagen wird eine ausreichende Spülung dieser Etagen gewährleistet, indem man in jedem Etagenboden entsprechend dimmensionierte Bohrungen 43' vorsieht,damit eine Menge von 0,1 bis \% des je Zeiteinheit anfallenden flüssigen Sauerstoffs während des Betriebes jeweils aus der entsprechenden Etage in die darunterliegende Etage direkt abfließt. Zur Vermeidung einer Anreicherung des flüssigen Sauerstoffs mit schweren Kohlenwasserstoffen in der untersten Etage wird über die Leitung 4i mit Ventil 41* kontinuierlich eine Menge von ca. 0,1 bis 1 #· des anfallenden flüssigen Sauerstoffs
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abgezogen, über eine besondere Vorrichtung total verdampft und mit dem gasförmigen Sauerstoffprodukt vereinigt.
Aus dem oberen Teil der Ringräume 19 kann ferner durch Leitung 4j5 mit regelbarem Absperrventil 44 eine mit Inertgasen, bei Luftzerlegung insbesondere mit Helium und Neon, angereicherte gasförmige Fraktion entnommen werden, um zu verhindern, daß die Kondensationswirkung infolge einer Ansammlung dieser Inertgase innerhalb der Wärmeaustauscheinhei-ten vermindert wird oder evtl. sogar zum Stillstand kommen kann, und um evtl. gleichzeitig wertvolle Nebenprodukte, wie Helium und/oder Neon in einer nachgeschalteten Apparatur zu gewinnen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind gemäß Fig. 3 und 4 je zwei Plattenwärmeaustauschelnheiten 8* mit gegenüber ihrer Höhe mindestens doppelter horizontaler Längserstreckung in jeder Etage angeordnet. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich, bestehen die Sauerstoffräume 10' der Wärmeaustauscher aus Je zwei sich der Länge nach erstreckenden vertikalen Blechen und dazwischen eingelöteten Wellblechen mit vertikalen Erzeugenden. Die Stickstoffräume iiT befinden sich in analoger Weise zwischen den Sauerstoffräumen 10*. Sie sind oben über einen Verteilerraum 12* und unten über einen
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Sammelraum 13? aus eingelöteten Wellblechen mit jeweils perforierten horizontalen oder schrägen Erzeugenden, über Sammelrohre i4f bzw. 15! an Verbindungsrohre 16* bzw. 17? angeschlossen»
Aus dem Kopf der Drucksäule 1 wird gasförmiger Stickstoff durch ein Sammelsteigrohr i8f den Verbindungsrohren i6f zugeführt, während flüssiger Stickstoff aus den Leitungen 17' über-Absperrventile 21' der Sammelleitung 22 zufließt.
Mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit fließt vom untersten. Boden der Niederdrucksäule durch ein Tauchrohr 34 der obersten Etage mit Wärmeaustauscheinheiten zu. Jede Etage besitzt einen geschlossenen Boden 30, der einerseits mit einem überlaufrohr 31 %» mit Oberlaufflüssigkeitszuleitung 32* vom Etagenboden her und andererseits mit Gasdurchlaßstandrohren 33f großen Querschnitts versehen ist.
Inertgas«werden aus dem oberen Bereich der den Anschlußstutzen entgegengesetzten Seite der Stickstoffräume der Wärmeaustauscheinheiten durch Sammelrohre 43', Ableitungen 43" mit regelbarem Absperrventil 44' entnommen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart kann bzw. können zwischen den einzelnen Etagen, in denen Wärmeaus-
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tauscheinheiten untergebracht sind, wie aus Flg. 5 ersichtlich, auch noch ein oder mehrere normale Rektifizierböden 36 mit Zulauftauchtasse 37 und Ablauftauchrohr 38 zur bzw. zürn nächst tieferen Etage bzw. Boden vorgesehen sein. Diese Anordnung hat besonderes Interesse für die Gewinnung von mit Krypton/Xenon möglichst weitgehend angereichertem flüssigen Sauerstoff aus dem Sumpf der untersten Etage, wobei dann der gasförmige Sauerstoff zweckmäßig in der über den eingeschalteten Zusatzböden liegenden Etage entnommen wird.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist an der StickstoffSammelleitung zum Kaltfahren der Anlage noch ein Anschluß über Absperrventil 26 und Leitung 27 zu einer Entspannungsturbine 28 vorgesehen. Die entspannte Luft, die bei fortschreitender Abkühlung der Anlage immer mehr mit Stickstoff angereichert wird, gelangt dann durch Leitung 45 mit Ventil 46 über den Ventilkasten 4γ! zu Regeneratoren oder reversing exchangers 47, von denen der Einfachheit halber nur einer gezeichnet 1st.
Hier findet dann eine entsprechende Vorkühlung der Zerlegungsluft statt, die durch Leitung 48 zugeführt und über den Ventilkasten 47f und Leitung 49 in die Drucksäule eingeführt wird. .
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Es ist jedoch auch möglich, anstelle der dargestellten Regeneratoren oder reversing exchangers kontinuierlich arbeitende Gegenströrner mit vorgeschalteten Gel-Adsorbern zu verwenden.
Der Vollständigkeit halber ist noch zu erwähnen, daß nach Anfahren der Anlage Stickstoff aus dem Kopf der Niederdruckfc säule durch Leitung 50 abgezogen und über Wärmeaustauscher zur Unterkühlung des flüssigen Reflux-Stlckstoffs, sowie Leitung 52 und 45 den Zerlegungsluftwärmeaüstauschern 47, seien es Regeneratoren oder reversing exchangers oder auch kontinuierlich arbeitende Gegenstromaustauscher, zugeführt wird.
Ein Teil der Luft aus der Drucksäule kann dann über Leitung und den unteren Teil der entsprechend geschalteten Regeneratoren, sowie über Leitung 54 der Entspannungsturbine 28 zugeführt und entspannt über Leitung 45 teilweise über Ventil 46 den Regeneratoren bzw. über Ventil 46r in den oberen Teil der Niederdrucksäule zur Kaitegewinnung eingeführt werden. Durch Leitung 55 und Ventil 56 kann dabei Zusatzluft zur Regelung der Eintrittsternperatur in die Turbine zugesetzt werden.
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Durch Leitung 57 W. rd üblicherweise mit Sauerstoff angereicherte flüssige Luft aus dem Sumpf der Drucksäule in die Niederdrucksäule über ein Entspannungsventil eingeleitet.
Durch die beschriebene Anordnung des Kondensatorverdarnpfers in mehreren Wärmeaustauscheinheiten und mehreren Etagen übereinander innerhalb des Kolonnenquerschnitts ergibt sich eine beachtliche Ersparnis an Investitionskosten für die Abstützung gegenüber denjenigen außerhalb der Kolonne angeordneter Wärmeaustauscher. Bei einer Luftzerlegungsanlage zur Herstellung von 40 000 Nm^ Sauerstoff/h liegen diese Ersparnisse in der Größenordnung von DM 200.000,--.
Gegenüber der bisher bekannt gewordenen Anordnung in zwei Stockwerken bietet die vorgeschlagene Anordnung die Möglichkeit, noch größere' Kolonnen zu bauen und den Vorteil größerer Betriebsstabilität und Sicherheit, sowohl hinsichtlich schwankender Durchsatzleistungen, als auch in Bezug auf die Bildung explosiver Gemische.
Außerdem ist die vorgesehene Anordnung dazu geeignet, ein rasches und kontrolliertes Abkühlen der Anlage beim Anfahren bzw. ein rasches geregeltes Anwärmen der Anlage bei Betriebsunterbrechungen zu erzielen.
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Je größer die Anlagen gebaut werden, um so wichtiger erscheint eine geregelte Anfahr- und Anwärmapparatur, um diese Vorgänge so rasch wie möglich durchführen zu können.
Außer für die Luftzerlegung können derartige Anlagen auch z.B. zur Äthylengewinnung durch Rektifikation aus einem Gasgemisch von Bedeutung sein, da auch hierfür immer größere Anlagen von Interesse sind. Die Unterbringung der nötigen Wärmeaustauschflächen innerhalb des zur Verfügung stehenden Kolonnenquerschnitts erfolgt auch hier mit Vorteil durch eine analoge Anordnung einer Mehrzahl von Wärmeaustauscheinheiten in mehreren Etagen übereinander.
18 P atentanspruche
.6 Blatt Zeichnungen
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Claims (1)

  1. .21- LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    (H 5^2) H 69/077
    Ei/Kp 26.9.1969
    Patentansprüche
    "I. jKondensator-Verdampfer für eine Rektifikationssäule, insbesondere einen Doppelsäulenrektifikator, mit in mehreren Etagen übereinander angeordneten Wärmeaustauscheinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinheiten der einzelnen Etagen durch geschlossene Böden mit Überlaufrohren mit Überlaufflüssigkeitszuführung Jeweils vom Etagenboden her für Je ein Bad flüssigen zu verdampfenden Mediums voneinander getrennt sind, in dem die Wärmeaustauscheinheiten angeordnet sind, wobei in den oberen Etagen mindestens ein Durchlaßstandrohr für in den tieferen Etagen verdampftes Medium vorgesehen ist, eine mit allen Etagen verbundene Leitung für das zu kondensierende Medium jeweils mit dem oberen Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten verbunden ist und für das in jeder Etage kondensierte, aus dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten jeweils abgeführte flüssige Medium eine Verbindungsleitung zu weiteren Verwendungsstellen führt.
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    .22- LINDEAKTiENGESELLSCHAFT
    2. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß in den Etagenböden über der untersten Etage Spülbohrungen vorgesehen and, die den direkten Ablauf von Oy1 bis 1 f der je Zeiteinheit anfallenden Flüssigkeit in die nächst tiefere Etage bewirken.
    3. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, daß die über der untersten Etage liegenden Etagenböden leicht geneigt ausgeführt sind und die Spülbohrungen jeweils an den tiefsten Stellen angeordnet sind«
    4. Kondensator-Verdampfer für einen Doppelsäulenrektifikator zur Luftzerlegung mit in mehreren Etageji angeordneten Wärmeaustauscheinheiten nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdampfende Medium Sauerstoff und das zu kondensierende Medium Stickstoff ist, wobei die Verbindungsleitung für flüssigen Stickstoff aus dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten zu einer Tauchtasse am Kopf der Drucksäule bzw» über ein Entspannungsventil zum Kopf der Niederdrucksäule führt. . ·
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    _2> LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    5· Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem
    oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß um die Überlaufrohre der Etagen über der untersten Etage Uberrohre größeren Durchmessers befestigt sind, deren Oberkante über dem Flüssigkeitsspiegel und deren Unterkante knapp über dem Etagenboden liegt.
    6. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Etage mindestens eine Plattenwärmeaustauscheinheit mit vertikal von unten nach oben durchströmten offenen Abteilungen für das zu verdampfende Medium und dazwischen angeordneten geschlossenen Abteilungen für das zu kondensierende Medium mit oberem Anschluß einer Zufuhrleitung für gasförmiges zu kondensierendes Medium an einen Verteilungsraum, mit im wesentlichen von oben nach unten durchströmtem Hauptkondensationsraum und mit unterem Sammelraumanschluß für flüssiges kondensiertes Medium an eine Verbindungsleitung zu weiteren Verwendungsstellen vorgesehemist.
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    -24- LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    7· Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch 4 · oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstickstoffzufuhr als alle Etagen durchsetzendes, vom Kopf der Drucksäule ausgehendes zentrales Steigrohr ausgebildet ist, an das die in jeder Etage vorgesehenen Wärmeaustauscheinheiten sternförmig angeordnet angeschlossen sind.
    8. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinheiten als Plattenwärmeaustauscher mit von-unten nach oben infolge Gasblasenauftrieb durchströmten offenen Sauerstoffabteilungen und dazwischen angeordneten geschlossenen Abteilungen für kondensierenden Stickstoff mit oberem Anschluß für gasförmigen Stickstoff vom zentralen Steigrohr an einem Verteilungsraum und unterem Sammelraumanschluß für flüssigen Stickstoff an eine Sammelringleitung mit Ableitung zum Kopf der Drucksäule bzw. Niederdrucksäule ausgebildet sind,
    9. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder
    . mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Etage mindestens zwei parallel angeordnete Plattenwärmeaustauseheinheiten mit gegenüber ihrer Höhe mindestens doppelter horizontaler Längserstreckung mit vertikal von unten nach oben durchströmten offenen Sauerstoffabteilüngen und dazwischen angeordneten geschlossenen
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    Abteilungen für kondensierenden Stickstoff mit oberem' Anschluß einer Zufuhrleitung für gasförmigen Stickstoff vom Kopf der Drucksäule an einen Verteilungsraum, mit von oben nach unten durchströmtem Hauptkondensat1onsraum und mit unterem Sammelraumanschluß für flüssigen Stickstoff an eine Leitung zu einer Tauchtasse am Kopf der Drucksäule bzw. über ein Entspannungsventil zum Kopf der Niederdrucksäule vorgesehen sind.
    10. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß in den an dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten jeder Etage angeschlossenen Verbindungsleitungen je ein regelbares Absperrventil eingebaut ist.
    11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungsleitungen vom unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten jeder Etage Jeweils eine absperrbare Zweigleitung zu einer Entspannungsturbine vorgesehen ist, durch die zur beschleunigten Abkühlung der Anlage beim Anfahren das zu zerlegende Gemisch bzw. ein Anteil des Gemisches mit relativ niedriger Siedetemperatur einer arbeitsleistenden Entspannung und Ableitung über Wärmeaustauscher mit dem zu zerlegenden Gasgemisch zugeführt werden kann»
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    12. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsstutzen für flüssigen Stickstoff aus dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten Jeder Etage an die Druckstickstoffsteigleitung angeschlossen sind, innerhalb deren durch Einsehweißen eines oben und unten sich erweiternden Rohres ein geschlossener Ringraum gebildet ist, durch den ^ der flüssige. Stickstoff gesammelt und mittels einer Verbindungsleitung nach außen und welter zu einer Tauchtasse am Kopf der Drucksäule bzw. über ein Entspannungsventil zum Kopf der Niederdrucksäule geführt wird.
    13· Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Austrittsleitung für kondensiertes flüssiges Medium aus dem unteren Kondensationsteil der Wärmeaustauscheinheiten jeder Etage bzw. am Kondensationsraum der " einzelnen Wärmeaustauscheinheiten eine oben angeschlossene Abzugsleitung für Inertgase vorgesehen ist, die durch den Säulenmantel nach außen führt.
    14. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch 12 und 13, dadurch -gekennzeichnet, daß die Abzugsleitung für Inertgase am oberen Ende des den Ringraum in der zentralen Druekstickötoffütelgleltung bildenden Rohres, Jeder Etage angeschlossen 1st. .
    & '·'"-'■ ' -' ■ 8AD ORIGINAL
    1098 15/11 SI
    -27- LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    15· Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach Anspruch oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß für mit Helium und Neon angereicherte Inertgase eine Verbindungsleitung zu einer Helium- und/oder Neongewinnungsanlage vorgesehen ist.
    16. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder mehreren der Ansprüche. 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am" Mantel der untersten Etage für Wärmeaustauscheinheiten mindestens ein Abzugsstutzen für gasförmiges Medium vorgesehen ist.
    17. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 15* dadurch gekennzeichnet, daß am Mantel einer der oberen Etagen für Wärmeaustauscheinheiten mindestens ein Abzugsstutzen für gasförmigen Sauerstoff und an der tiefsten Stelle der untersten Etage ein Abzugsstutzen für mit Krypton und Xenon angereicherten flüssigen Sauerstoff vorgesehen ist. .
    18. Anordnung eines Kondensator-Verdampfers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zweien der Etagen mit Wärmeaustauscheinheiten mindestens ein normaler Rektifizierboden mit Zulauftauchtasse auf einer Seite und gegenüberliegendem Überlaufrohr zum bzw. zur nächsttieferen Boden bzw. Etage vorgesehen ist.
    1 0981$/11$1
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