DE2020144B2 - Siebboden-Destillationskolonne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Destillationskolonne mit übereinander angeordneten Siebboden, die mit Überlaufwehren und seitlichen Ablau'schächten versehen sindi.

Der Aufbau einer solchen Destillationskolonne mit Siebböden ist besonders einfach, weil lediglich Platten mit einer Vielzahl von Löchern vorgesehen werden müssen. Glockenboden erfordern einen erheblich größeren Herstellungsaufwand und gestatten ebenso, wie die Siebböden, keine Selbstregulierung zwischen durch die Kolonne niederströmender Flüssigkeit einerseit« und durch die Kolonne aufsteigendem Gas andererseits. Auch Ventilboden mit auf Führungsteilen geführten Ventilkörpern sind erheblich komplizierter aufgebaut, wenn auch bezüglich des Gas- oder Dampfdurchsatzes selbstregulierend. Bei den einfach aufgebauten Siebböden ergeben sich Schwierigkeiten beim Betrieb, sobald man die Blasengröße zu verringern sucht, um zwischen Gas und Flüssigkeit eine innigere Vermischung herbeizuführen. Drosselt man die Gas- bzw. Dampfzufuhr, so tritt die Flüssigkeit durch die Löcher der Siebböden hindurch. Der Wirkungsgrad der Destillationskolonne nimmt deshalb bei geringer Dampfgeschwindigkeit stark ab. Bei hoher Dampfgeschwindigkeit ergibt sich aber andererseits eine schlechte Durchmischung, was wieder zu einer Verminderung des Wirkungsgrades führt

Es ist schon ein Rieselturm (US-PS 33 64 656) bekannt, der zum Auswaschen von Schmutzteilchen aus Gasen bestimmt ist Der Rieselturm arbeitet nach dem Gegenstromprinzip. Unter Gegenstromprinzip ist dabei zu verstehen, daß das dem Rieselturm von unten zugeführte Gas im Rieselturm von unten nach oben aufsteigt und dabei Siebböden durchsetzt, wobei es innig mit der Flüssigkeit zu durchmischen ist, die dem Rieselturm oben zugeführt wird und durch die Durchbrechungen der Siebböden hindurch von oben nach unten fließt Ein auch nur vorübergehendes Verschließen der Durchbrechungen der Böden oder eine anderweitige Beendigung dieser Strömungsprinzi pien kann die Funktion des Rieselturmes aufheben. Es ist also bei ihm von entscheidender Bedeutung, daß die Durchbrechungen der Siebboden nicht verschlossen werden. Zwischen den Siebboden weist der Rieselturm eine Einschüttung von Körpern halbkugeliger Form auf.

Diese müssen, damit die Durchbrechungen der Siebböden ständig offen bleiben, eine durch das Gas von den Siebboden abgehobene Schwebeschicht bilden, die sich in der Flüssigkeit in Abstand vom nach unten anschließenden Siebboden unter dem nächst höheren Siebboden befindet und dort eine Wirbelschicht unter dem Siebboden bildet

Es ist auch ein ähnlich aufgebauter Rieselturm bekannt (US-PS 24 00 810), bei dem die Siebboden aufgelegte Kugelpackungen aus Gummikugeln tragen.

Diese sind keineswegs unregelmäßig geformt oder in wahlloser Verteilung eingeschüttet Sie haben vielmehr die sich beim Einschütten von Kugeln selbsttätig einstellende Dichtpackung. Die Kugeln sind überdies nicht durch das Aufsteigen des Gases durch die Flüssigkeit beweglich. Hierfür ist vielmehr ein eigenes Rührwerk erforderlich.

Für Destillationskolonnen sind weiter konisch ausgebildete Körper zur Bildung der Wirbelschicht bekannt (DE-OS 15 44 072), sowie aus kurzen Gewebestreifen gebildete Körper (CH-PS 4 50 357), die spiralförmig gewickelt sein können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Destillationskolonne der eingangs genannten bekannten Art mit übereinander angeordneten Siebböden eine Verminde-

« rung des Wirkungsgrades auch bei großer Variations breite der Dampfgeschwindigkeit und insbesondere auch bei geringer Dampfgeschwindigkeit auszuschlie- Ben.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1

« gekennzeichnete Erfindung gelöst Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Man erkennt, daß hier trotz der Verwendung der einfachen mit Durchbrechungen versehenen Siebböden eine vom Gasdurchsatz bzw. der Dampfgeschwindigkeit

so abhängige Ventilwirkung durch die in wahlloser Verteilung auf die Siebböden aufgeschütteten Körper unregelmäßiger Form erzielt wird. Diese sind so beschaffen, daß bei geringer Dampfgeschwindigkeit eine auf dem Siebboden aufliegende Schicht von Körpern gebildet wird, die die Durchbrechungen teilweise abschließt und das wenige, die verbleibenden öffnungen durchsetzende Gas in sehr feine Gasbläschen auflöst. Ein Durchtritt der Flüssigkeit durch den Siebboden und die mit einem solchen Durchtritt einhergehende Verminderung des Wirkungsgrades bleibt verhindert Bei großem Gasdurchsatz bzw. großer Dampfgeschwindigkeit werden hingegen die Körper vom Siebboden abgehoben und bilden eine über dem Siebboden schwebende Wirbelschicht Die Körper sind also von den Durchbrechungen des Siebbodens abgehoben, die »Ventile« geöffnet In diesem Zustand tragen die Körper als herkömmliche Wirbelschicht zur guten Durchmischung von Gas und Flüssigkeit bei

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

F i g. 1 bis 3 jeweils eine perspektivische Ansicht (a% eine Draufsicht (b) und eine Seitenansicht (c) von drei Ausführungsformen der Körper,

Fig.4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 5 eine Schnittansicht einer Destillationskolonne, F i g. 6 einen Schnitt bei Linie A-A von F i g. 5,

F i g. 7 und 8 in größerem Maßstab Darstellungen iur Erläuterung des Funktionsverhaltens, und

F i g. 9 eine grafische Darstellung des Wirkungsgrades in Prozent in Abhängigkeit von der Dampfgeschwindigkeit.

F i g. 1 zeigt einen Körper 1 der in der Figur zu erkennenden Form. Der Körper 1 ist aus rostfreiem Stahlblech hergestellt und weist eine Stärke von 0,1 bis 0,2 mm und ein Stückgewicht von 0,4 bis 1,0 g auf. Am Rand des halbkugeligen Körpers 1 sind auf die der Figur zu entnehmende Weise zwei V-förmige Einkerbungen 2| und 2₂ ausgebildet Diese Formunregelmäßigkeit verhindert, daß sich die so unregelmäßig ausgebildeten Körper 1 ineinanderlegen können.

F i g. 2 zeigt einen Körper 1 halbkugeliger Form, der statt Einkerbungen zwei Zungen 3|, 32 aufweist, die von einander diametral gegenüberliegenden Randkanten des Körpers 1 aufeinander zu und radial nach innen erstreckt sind. Die Zungen 3|, 3₂ verhindern so ebenfalls ein Ineinanderlegen der Körper 1.

F i g. 3 zeigt einen Körper 1 konischer Form, bei dem das Ineinanderlegen durch Einkerbungen 4i, 42 verhindert ist, die den Einkerbungen 2|, 22 von F i g. 1 in ihrer Ausbildung entsprechen.

Die Körper müssen nicht notwendig schalenförmig, halbkugelig oder konisch ausgebildet sein, um bei geringer Dampfgeschwindigkeit die Löcher der Siebboden zu verschließen.

F i g. 4 zeigt einen die gleiche Wirkung erbringenden Körper 5, der aus einem nach Art einer Schraubenwendel gewickelten Blechstreifen besteht. Die Körper 1, 5 müssen nicht notwendig die in den F i g. 1 bis 4 gezeigte Form haben. Entscheidend ist, daß sie eine derart unregelmäßige Form aufweisen, daß sie sich nicht ineinanderlegen und bei Aufliegen auf dem Siebboden dessen Durchbrechungen teilweise verschließen können. F i g. 5 zeigt eine Destillationskolonne 10 mit einem oberen Siebboden U und einem mittleren Siebboden 11'. Der Destillationskolonne 10 wird Flüssigkeit A über dem Siebboden 11 zugeführt. Diese Flüssigkeit strömt über ein Überlaufwehr 12 durch einen seitlichen Ablaufschacht 13 nach unten und befindet sich dann über dem nächst tieferen Siebboden 11'. Von hier fließt die Flüssigkeit durch einen weiteren Ablaufschacht 14 über den untersten Siebboden 15. Dieser kann aus Drahtgeflecht bestehen. Die Flüssigkeit strömt schließlich durch einen letzten Ablaufschacht 16 an der in der Figur linken Seite der Destillationskolonne 10 ab. Es ist dafür Sorge getragen, daß über den Siebboden jeweils eine ausreichende Flüssigkeitshöhe vorliegt. Abdeckungen 17 verhindern ein Verspritzen der Flüssigkeit

Die Siebböden U, U' und 15 tragen jeweils eine auf sie in wahlloser Verteilung aufgeschüttete Schicht von Körpern 1 der oben erläuterten Art und Form. Durch die Siebboden strömt nun nach oben in die Flüssigkeit hinein Gas oder Dampf B. Hierdurch kommt ein Material- und Wärmetransport zustande. Das Volumen der durch Flüssigkeitszufuhr und Überlaufwehre 12 auf den Siebboden gehaltenen Flüssigkeit A muß mit dem Volumen des durch die Siebboden aufsteigenden Dampfes B in Gleichgewichtszustand sein. Das wird durch die Körper 1 erreicht, die bei größerer Dampfgeschwindigkeit des Dampfes B von den Durchbrechungen der Siebboden abgehoben werden, während sie bei geringerer Dampfgeschwindigkeit einen Teil der Durchbrechungen verschließen.

F i g. 7 zeigt die Verhältnisse bei geringer Dampfgeschwindigkeit Die in wahlloser Verteilung auf den

ίο Siebboden 11' aufgeschütteten Körper 1 bilden eine auf diesem aufliegende Schicht mit zahlreichen kleinen Zwischenräumen. Diese sind fein genug, um den Dampf B in winzige Bläschen zerteilt aufsteigen zu lassen und so eine innige Durchmischung von Dampf und

!5 Flüssigkeit sicherzustellen. Gleichzeitig wird ein Durchsickern der Flüssigkeit A durch die Durchbrechungen des Siebbodens verhindert

F i g. 8 zeigt die Verhältnisse bei erheblich größerer Dampfgeschwindigkeit des Dampfes B. Die Körper 1 werden vom aufsteigenden Dampf in die Flüssigkeit A hinaufgerissen und bewegen sich hier in allen Richtungen durcheinander. Dadurch entsteht eine Wirbelschicht C, die für eine heftige Durchmischung von Flüssigkeit A und Dampf B, teilweise durch Zerkleinerung der Dampfblasen, sorgt.

Für die Aufrechterhaltung guter Betriebsbedingungen auch bei erheblichen Änderungen im Gasdurchsatz sind in erster Linie zwei Faktoren wichtig, nämlich einerseits die Menge der Körper 1 (die sich unter Berücksichtigung des Betriebsbereiches aus dem Verhältnis eines optimalen Volumens der Körper zu dem der Flüssigkeit noch verbleibenden Volumen bestimmt) und andererseits die Form der Körper 1 (die groß genug sein müssen, um nicht durch die Löcher des Siebbodens zu fallen). Im Rahmen der obigen Erläuterung kann diesen Gesichtspunkten Rechnung getragen werden, wenn die Siebboden 11, 11' Durchbrechungen eines Durchmessers von 10 bis 20 mm haben, wobei dieser Durchmesser um etwa 2 mm kleiner ist als der Durchmesser des einzelnen Körpers 1,5. Die Menge der aufgeschütteten Körper wird so bestimmt, daß sich auf jedem der Siebboden 1 bis 3 übereinanderliegende Schichten von Körpern 1,5 ergeben. Der Optimalwert liegt bei einer Menge von Körpern, die eine Schichtdicke ergibt, die dem 1,5-fachen einer einzigen Schicht aus Körpern 1,5 entspricht.

F i g. 9 zeigt die Ergebnisse einer Versuchsdestillation eines binären Stoffsystems aus Benzol und Toluol in einer Destillationskolonne 10 der beschriebenen Art.

Kurve X\ wurde mit Siebböden 11,11', 15 ohne Körper 1,5 erzielt. Der mit gutem Wirkungsgrad ausreichende Betriebsbereich ist bezüglich der zulässigen Dampfgeschwindigkeit sehr eng. Kurve X₂ zeigt das Ergebnis bei 50%iger Beschickung der Siebboden mit Körpern 1,5, Kurve Ai bei 100%iger Beschickung und Kurve Xi, bei 150%iger Beschickung. Als Bezugsgröße wird dabei eine Schicht von Körpern 1,5 angesehen, die als einzige Schicht auf dem Siebboden aufliegt Der Wert von 150% entspricht somit der oben angegebenen 1,5-fachen Schichtdicke.

Aus der grafischen Darstellung ergibt sich, daß der Betriebsbereich bezüglich der einen ausreichenden Wirkungsgrad ergebenden Dampfgeschwindigkeit ständig verbreitert wird. Es wird also in einem breiten Variationsbereich der Dampfgeschwindigkeit ein hoher Wirkungsgrad erzielt Dabei wird dieser hohe Wirkungsgrad insbesondere in Richtung auf geringe Dampfgeschwindigkeiten ausgeweitet

Der Lochabstand in den Siebboden ist hierbei keinerlei Einschränkungen unterworfen, wie sie bei herkömmlichen Siebboden zu beachten sind. Der Lochabstand kann vielmehr auf das für die mechanische Festigkeit erforderliche Minimum verringert werden. Dadurch kann die Anzahl der vorgesehenen Löcher mehr als doppelt so groß sein, wie bei herkömmlichen Siebboden. Dadurch wird die Durchmischungsleistung weiter angehoben.

Die Körper 1,5 können in Massenfertigung aus jedem Material gefertigt sein, das den Erfordernissen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Bearbeitbarkeit entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   !.Destillationskolonne mit übereinander angeordneten Siebboden, die mit Überlaufwehren und seitlichen Ablaufschächten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Siebböden (11,11', 15) Körper (1,5) unregelmäßiger Form in wahlloser Verteilung aufgeschüttet sind, wobei die Körper (1,5) so beschaffen sind, daß sie bei geringer Dampfgeschwindigkeit eine auf dem Siebboden aufliegende Schicht und bei hoher Dampfgeschwindigkeit eine Wirbelschicht über dem Siebboden bilden.
2. 2. Destillationskolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1, 5) eine ein wechselseitiges Ineinanderlagern verhindernde Form aufweisen.
3. 3. Destillationskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1) halbkugelförmig ausgebildet sind und an ihrem Rand mehrere V-förmige Einkerbungen (2i, 22) aufweisen.
4. 4. Destillationskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1) halbkugelförmig ausgebildet sind und mehrere Zungen (3i, 3j) aufweisen, die sich von seiner Randkante aus nach innen erstrecken.
5. 5. Destillationskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1) konisch ausgebildet sind und an ihrem Rand mehrere V-förmige Einkerbungen (4|, 4₂) aufweisen.
6. 6. Destillationskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (5) als spiralförmige Blechstreifen ausgebildet sind.