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Die Erfindung betrifft einen Feinbrenner
für eine
Destillations-/Rektifikationseinrichtung mit
- a)
einem an einer beheizbaren Blase anschließbaren Gehäuse;
- b) mindestens einem im Gehäuse
angeordneten Kochboden;
- c) einem im oberen Bereich des Gehäuses angeordneten Dephlegmator,
dessen Innenraum von Wasser durchströmbar ist und hierzu einen Wassereinlaß und einen
Wasserauslaß aufweist;
- d) einem im oberen Bereich des Gehäuses vorgesehenen Dampfauslaß.
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Feinbrenner dieser Art sind in unterschiedlichster
Weise bekannt, zum Beispiel aus der
DE 69 05 631 U , und werden häufig auch
als "Kolonne" oder "Verstärkungseinrichtung" bezeichnet. Ihnen
ist ein Kühler
nachgeschaltet, der ebenfalls von Kühlwasser durchströmt ist und
an dem das Endprodukt auskondensiert wird. Im allgemeinen durchströmt das Kühlwasser
zunächst
den Kühler
und dann, in Serie hierzu, den Dephlegmator. Bekannt ist, die Temperatur des
Kühlwassers
im Kühler
durch eine mechanische Einrichtung auf einem bestimmten Wert mehr
oder weniger konstant zu halten. Dabei wird jedoch verkannt, daß die Temperatur
an den kühlenden
Flächen des
Kühlers
für die
Qualität
des entstehenden Endproduktes nur von untergeordneter Bedeutung ist.
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Die
DD 290 587 A5 beschreibt einen Destillationskolben,
dem ein Kühler
nachgeschaltet ist. Der Apparat führt eine einfache "Batch"-Destillation durch,
bei welcher eine vollständige
Verdunstung des Mediums und eine gleich anschließende vollständige Kondensation
des Mediums stattfindet. Dies ist einer Rektifikation nicht gleichzusetzen.
Entsprechend weist dieser Destillationskolben auch keinen Dephlegmator
auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Feinbrenner der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß die
Qualität
des entstehenden Produktes und die Konstanz dieser Qualität besser gewährleistet
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Regeleinrichtung gelöst,
welche die Temperatur des Wassers im Innenraum des Dephlegmators
auf einem voreinstellbaren Wert hält und umfaßt:
- a)
einen in Wärmekontakt
mit dem durch den Dephlegmator strömenden Wasser stehenden Temperatursensor;
- b) ein Regelgerät,
dem das Ausgangssignal des Temperatursensors zugeführt wird
und an dem ein Sollwert für
die Temperatur einstellbar ist;
- c) ein in der Wasserzufuhr zum Dephlegmator liegendes Venti
welches von dem Regelgerät
beaufschlagt wird.
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Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß nicht
der Kühler
dasjenige Element der gesamten Destillations-/Rektifika tionseinrichtung
ist, dessen Temperatur die Produktqualität entscheidend bestimmt, sondern
der Dephlegmator. Wichtig für
die Qualität
des Destillates ist der Wärme-
und Stoffaustausch in dem Feinbrenner, der zwischen zurückfließendem Kondensat
und aufsteigenden Dämpfen stattfindet.
Entscheidend für
die Menge des zurückfließenden Kondensats
ist die Temperatur des Dephlegmators, die normalerweise kleiner
als die Temperatur der aufsteigenden Dämpfe ist, die somit an dem
Dephlegmator kondensieren können.
Je größer der
Temperaturunterschied zwischen Dephlegmator und aufsteigenden Dämpfen ist,
um so mehr Kondensat wird erzeugt. Durch die erfindungsgemäße geregelte
Einstellung der Dephlegmator-Temperatur ist es daher möglich, für die jeweilige
Maische und für den
jeweiligen Brennabschnitt (Vor-, Mittel- und Nachlaufphase) das
richtige Verhältnis
von aufsteigendem Dampf und rückfließendem Kondensat
einzustellen und aufrechtzuerhalten.
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Stellt das Regelgerät eine Differenz
zwischen der Solltemperatur und dem vom Temperaturfühler gemessenen
Ist-Wert fest, so
beaufschlagt es das Ventil in einer Weise, daß die Regelabweichung auf Null
zurückgeführt wird.
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Eine gebräuchliche Bauart von Dephlegmatoren
ist diejenige als doppelwandiges Gefäß ("kastenförmiger" Dephlegmator). Wird ein derartiger
kastenförmiger
Dephlegmator gewählt,
empfiehlt es sich, daß der
Temperatursensor im Innenraum des Dephlegmators angeordnet ist.
Hier ist der Temperaturfühler
bei Bedarf jederzeit leicht erreichbar, steht aber doch mit dem
Kühlwasser
an einer Stelle wärmeleitendem
Kontakt, die für
die Qualität
des Produktes von entscheidender Bedeutung ist.
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Alternativ kann der Temperaturfühler auch am
Wasserauslauf des Dephlegmators angeordnet sein. Diese Stelle ist
immer, unabhängig
von der Bauweise des Dephlegmators, leicht zugänglich.
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Besonders bevorzugt wird selbstverständlich,
daß das
Regelgerät
elektrisch arbeitet und das Ventil elektrisch betätigbar ist.
Der Aufbau des Feinbrenners wird auf diese Weise besonders einfach; geeignete
elektronische Regelgeräte
und elektrisch betätigte
Ventile sind im Handel erhältlich.
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Bei elektrischer Arbeitsweise von
Regelgerät und
Ventil ist auch eine Ausführungsform
der Erfindung leicht realisierbar, bei welcher mehrere Temperaturfühler an
unterschiedlichen Stellen des Dephlegmators angeordnet sind und
das Regelgerät
aus den Signalen der Temperaturfühler
einen Mittelwert errechnet. Hierdurch läßt sich die Genauigkeit der
Temperaturregelung noch steigern.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, daß das Regelgerät und das
Ventil mechanisch/thermisch arbeiten.
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Wenn das Ventil ein stufenlos verstellbares Drosselventil
ist, kann die Regelung besonders feinfühlig durchgeführt werden.
Allerdings sind derartige stufenlos verstellbare Drosselventile
verhältnismäßig teuer.
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Soll daher an Kosten gespart werden,
kann immer noch mit guten Erfolg diejenige Ausgestaltung der Neuerung
eingesetzt werden, bei welcher das Ventil ein Absperrventil ist.
Derartige Absperrventile sind erheblich preisgünstiger als stufenlos verstellbare
Drosselventile.
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Steht Wasser mit unterschiedlichen
Temperaturen zur Verfügung,
kann als Ventil auch ein Mischventil verwendet werden, welches die
Wasserströme
unterschiedlicher Temperatur in einstellbarer Weise mischt. Hierdurch
läßt sich
die Ansprechgeschwindigkeit der Regelung verbessern.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeipiel
der Erfindung ist im Innenraum des Dephlegmators ein Rührwerk vorgesehen.
Dieses verbessert die räumliche
Konstanz der Temperatur des Wassers an verschiedenen Stellen des
Innenraumes des Dephlegmators und somit auch die Genauigkeit und
Reproduzierbarkeit der Temperaturregelung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
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1:
schematisch einen vertikalen Schnitt durch einen Feinbrenner mit
kastenförmigem
Dephlegmator sowie die zugeordnete Regeleinrichtung;
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2:
einen vertikalen Schnitt, ähnlich
der 1, durch einen Feinbrenner
mit Röhrendephlegmator.
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Der in 1 dargestellte
und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Feinbrenner ist
grundsätzlich
in bekannter Weise aufgebaut: Er umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 2,
welches auf die in der Zeichnung nicht mehr dargestellte Blase der Destillations-/Rektifikationseinrichtung
aufsetzbar ist. Im Inneren des Gehäuses 2 befinden sich
beim dargestellen Ausführungsbeispiel
drei horizontale Kochböden 3,
auf deren genaue Bauweise es im vorliegenden Zusammenhang nicht
ankommt. Sichtfenster 4 gestatten den Einblick auf die
verschiedenen Kochböden 3. Über Hebeleinrichtungen 5,
welche Ventile 7 bedienen, kann das auf den einzelnen Kochböden 3 stehende
Kondensat bei Bedarf abgelassen werden. Überläufe 6, die zum jeweils
darunterliegenden Kochboden 3 führen, sorgen bei verschlossenen Ventilen 7 für einen
definierten Stand des Kondensates auf dem jeweiligen Kochboden 3.
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Im oberen Bereich des Gehäuses 2 des Feinbrenners 1 ist
ein kastenförmiger
Dephlegmator 8 eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen
Doppelwandbehälter,
der durch einen Deckel 9 nach oben verschlossen ist. Der
Dephlegmator 8 ist, soweit er ins Innere des Gehäuses 2 eintaucht,
mit einem Außendurchmesser
versehen, der kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses 2 ist.
Auf diese Weise entsteht zwischen der Mantelfläche des Dephlegmators 8 und
der Innenmantelfläche
des Gehäuses 2 ein Ringraum 10.
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Ein Wasseranschluß 11 ist durch die
Wandung des Gehäuses 2 hindurchgeführt und
steht mit dem von den beiden Wänden
des Dephlegmators 8 begrenzten Durchströmungsraum (in der Zeichnung schraffiert)
in Verbindung. In ähnlicher
Weise ist der Dephlegmator 8 im oberen Bereich mit einem
Wasserauslauf 12 versehen. Vom oberen Bereich des Ringraumes 10 schließlich führt ein
Dampfauslaß 13 zum
nur schematisch dargestellten Geistrohr 14, das seinerseits
mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kühler verbunden ist.
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In der mit dem Wassereinlaß 11 verbundenen
Wasserzufuhrleitung 15 ist ein elektrisch betätigbares
Drosselventil 16 vorgesehen. Das elektrische Stellglied
dieses Drosselventiles 16 wird von einem elektronischen
Regelgerät 17 angesteuert.
Dem Eingang a) dieses Regelgeräts 17 wird
das Meßsignal eines
Temperatursensors 18 zugeführt, der im Innenraum des Dephlegmators 8 so
angeordnet ist, daß er die
dort herrschende Temperatur ermittelt. Dem Eingang b) des Regelgeräts 17 wird
ein Signal S zugeführt,
welches dem Sollwert der Wassertemperatur an der vom Temperatursensor 18 abgefühlten Stelle entspricht.
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Der oben beschriebene Feinbrenner 1 arbeitet
wie folgt:
Die von der nicht dargestellten, beheizten Blase
aufsteigenden Dämpfe
werden auf den verschiedenen Kochböden 3, die in Aufwärtsrichtung
hintereinander durchlaufen werden, in an und für bekannter Weise verstärkt. Ebenso
bekannt ist die Dephlegmation, die an der unteren Stirn fläche sowie
an der seitlichen Mantelfläche
des kastenförmigen
Dephlegmators 8 stattfindet. Die aus dem Dampfauslaß 13 austretenden, über das
Geistrohr 14 dem nicht dargestellten Kühler zugeführten Dämpfe werden in ihrer Zusammensetzung
durch das Verhältnis
der aufsteigenden Alkoholdämpfe
und dem im Gegenstrom fließenden kondensierten
Phlegma bestimmt. Dieses Verhältnis läßt sich
durch die Temperatur der angeströmten
Flächen
des Dephlegmators 8 einstellen. Durch den Regelkreis, der
durch den Temperatursensor 18, das Regelgerät 17 sowie
das Drosselventil 16 gebildet wird, läßt sich diese Temperatur auf
einem vorgewählten
Wert präzise
konstant halten, welcher zur gewünschten
Qualität
des Endprodukts führt.
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Die Regelung geschieht in folgender
Weise: Stellt der Temperaturfühler 18 eine
Temperatur an der abgefühlten
Stelle fest, die niedriger als der durch das Signal S vorgegebene
Sollwert ist, dann beaufschlagt das Regelgerät 17 das Drosselventil 16 in
einer Weise, daß sich
dieses etwas schließt.
Durch die nunmehr reduzierte Menge des in den Dephlegmator 8 über die
Wasserzufuhrleitung 15 und den Wassereinlaß 11 einströmenden Wassers
wird die Temperatur des Dephlegmators 8 angehoben, bis
der Temperaturfühler 18 die
Sollwerttemperatur anzeigt. Dann hört das Regelgerät 17 auf,
den Durchfluß durch
das Drosselventil 16 auf verringertem Wert zu halten. Ist umgekehrt
die von dem Temperaturfühler 18 gemessene
lokale Temperatur des den Dephlegmator 8 durchströmenden Wassers
zu hoch, also größer als der
Sollwert S, dann wird das Drosselventil 16 von dem Regelgerät 17 so
beaufschlagt, daß die über die Wasserzuführleitung 15 und
den Wassereinlaß 11 zufließende Wassermenge
pro Zeiteinheit wächst. Hierdurch
sinkt die Temperatur des Wassers an der vom Temperaturfühler 18 gemessenen
Stelle und damit auch die Temperatur an der Außenmantelfläche des Dephlegmators 8 wieder
auf den gewünschten Wert
ab.
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Das in 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines Feinbrenners stimmt weitgehend mit demjenigen überein,
welches oben anhand der 1 beschrieben
wurde. Entsprechende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen
zzgl. 100 gekennzeichnet.
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Der Feinbrenner 101 von 1 weicht nur in der Detailkonstruktion
des Dephlegmators 108 sowie im Anbringungsort des Temperatursensors 118 von demjenigen
von 1 ab. Bezüglich der
Funktion der verschiedenen sonstigen Elemente kann daher auf die
obigen Ausführungen
verwiesen werden.
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Beim Dephlegmator 108 des
Ausführungsbeispieles
von 2 handelt es sich
um einen sogenannten "Röhrendephlegmator". Dies ist ein durch eine
obere kreisförmige
Stirnwand 108a, durch eine untere kreisförmige Stirnwand 108b und
durch einen Teil der Mantelfläche
des Gehäuses 102 begrenzter Behälter, der
im unteren Bereich einen Wassereinlaß 111 und im oberen
Bereich einen Wasserauslaß 112 aufweist.
Die von den Kochböden 103 aufsteigenden Dämpfe strömen bei
diesem Dephlegmator 108 durch mehrere vertikal verlaufende
Röhren 110,
welche den Zwischenraum zwischen der unteren Stirnfläche 108b und
der oberen Stirnfläche 108a durchsetzen.
Der Dampfauslaß 113 befindet
sich bei dieser Ausgestaltung des Feinbrenners 101 in der
konkav ausgebildeten Oberseite 102c des Gehäuses 102.
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Der Temperatursensor 118 ist
bei dem in 2 dargestellten
Feinbrenner 101 am Auslauf 112 des Dephlegmators 108 angebracht.
Im übrigen
entspricht die Funktion der Regeleinrichtung, die den Temperatursensor 118,
das Regelgerät 117 und
das elektrisch betätigten
Drosselventil 116 umfaßt,
der oben beschriebenen Funktion des Ausführungsbeispieles von 1.
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Beide oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
machen von einem Drosselventil Gebrauch, welches analog verstellt
werden kann. Grundsätzlich ist
es auch möglich,
statt dieser verhältnismäßig teueren
Drosselventile auch einfache Absperrventile einzusetzen, die so
lange von der Regeleinrichtung offen gehalten werden, bis die Solltemperatur,
die von dem jeweiligen Temperaturfühler festgestellt wird, unter
den Sollwert absinkt, und die dann wieder geöffnet werden, wenn die Temperatur
auf einen zu hohen Wert ansteigt.
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Wird, wie oben beschrieben, die Temperatur ausschließlcih über die
Menge des zufließenden Kühlwassers
geregelt, kann es unter ungünstigen Umständen zu
einem langsamen Ansprechverhalten des Regelkreises kommen. Schneller
reagiert ein System, bei dem (auch) die Temperatur des Kühlwassers
veränderbar
ist. Stehen beispielsweise Warm- und
Kaltwasser zur Verfügung,
können
mit Hilfe eines Mischventiles diese in einem solchen Verhältnis vermischt
werden, daß sich
die gewünschte Kühlwassertemperatur
ergibt.
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Die Regelgeräte 17 bzw. 117 sowie
die Drosselventile 16 bzw. 116 waren bei den anhand der 1 und 2 beschriebenen Feinbrennern 1 bzw. 101 elektrisch
aufgebaut. Grundsätzlich
ist es möglich, dieselbe
Funktion auf rein mechanischem Wege zu erreichen. Die hierfür erforderlichen
Mittel sind dem Fachmanne bekannt.
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Bei einem in der Zeichnung nicht
dargestellten Ausführungsbeispiel
des Feinbrenners befindet sich im wasserdurchströmten Innenraum des Depglegmators
ein kleines Rührwerk.
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Mit diesem wird das Wasser im Dephlegmator
bewegt und vermischt, sodaß sich
keine lokalen Temperaturdifferenzen ausbilden können. Hierdurch werden Zufälligkeiten,
die mit einer lokal unterschiedlichen Temperatur an der Meßstelle
zusammenhängen
und zu Störungen
der Reproduzierbarkeit und Qualität der Regelung führen könnten, vermieden.