DE2161578A1 - Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne - Google Patents
Dampf-Flüssigkeits-KontaktkolonneInfo
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- B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
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Description
Dampf -Flüssigkeits --Kontaktkolonne
Die Erfindung betrifft eine Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne
mit Eöden. Sie gibt bei einer derartigen Kolonne eine neuartige und verbesserte Ausbildung der Böden an. Mit
diesen Böden wird ein Dampf-Flüssigkeits-Geriisch von qleichmäßiger
Zusammensetzung und einer einheitlichen Flüssigkeitsgeschwindigkeit beim Fluß über den Boden quer durch die Kolonne
erreicht. Der Dampf--Flüssigkeits-Kontaktboden gemäß der Erfindung
t/eist eine flüssigkeitsüberströmte Leiteinrichtung zwischen
dem Flüssigkeitszulaufabschnitt und dem durchlochten Dampf--Flüssigkeits-Kontaktabschnitt des Bodens auf.
Der Wirkungsgrad des Stoffübergangs zwischen zwei
Phasen steht in direkter Beziehung zu dem Grad der Vermischung, die zwischen diesen Phasen erzielt wird. Beispielsweise wird
in einer Fraktionierkolonne eine wirksame Trennung von Komponenten unterschiedlicher Siedepunkte durch innigen und wiederholten
Xontakt zwischen einem aufsteigenden Dampf und einer
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BAD ORIGIMAL
abströmenden Flüssigkeit auf einer Reihe von übereinander in Abständen voneinander angeordneten quer verlaufenden Böden
erzielt. Bei ungenügendem Kontakt zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit ergibt sich eine schlechte Trennung. Der intensive
Kontakt zwischen den Phasen ist notwendig, um jeweils Phasengleichgewicht herzustellen, ohne Zusammensetzungsgradient quer
zum Flüssigkeitsfluß.
Bei zunehmendem Durchmesser einer Fraktionierkolonne wird es mehr und mehr schwierig, einen gleichmäßigen Kontakt
über den ganzen Kolonnenquerschnitt herbeizuführen. Beim Fluß über den Boden liegt in der Mitte eine viel höhere Flüssigkeitsgeschwindigkeit vor, als in den, Umfangsbereichen. Dies gilt besonders
für Fraktionierkolonnen großen Durchmessers, die bei
niedrigem Druck arbeiten, bei denen nur ein sehr geringes Druckgefälle
je Boden zur Dampf-Flüssigkeits-Vermischung und Querverteilung zur Verfügung steht, z.B. in Kolonnen zur Äthylbenzol-Styrol-Trennung.
Bei einer Reihe derzeit gebräuchlicher Kolonnen großen Durchmessers muß wegen des Abstandes zwischen den
Flüssigkeitszulauf- und Flüssigkeitsablaufstellen eines Bodens ein hoher Flüssigkeitsstand am Flüssigkeitszulaufabschnitt
eines gegebenen Bodens vorliegen, um den erforderlichen Fluß quer über den Boden zu dem. Flüssigkeitsablauf herbeizuführen.
Dieser hohe Flüssigkeitsstand am einen Ende des Bodens führt zu schlechten Berührungsverhältnissen zwischen Dampf und Flüssigkeit
auf dem Boden, da die aufsteigenden Dämpfe naturgemäß den Weg geringsten Widerstandes nehmen und daher dazu neigen, die
Bereiche hohen Flüssigkeitsstandes zu umgehen. Weiterhin umgeht in diesen Bereichen hohen Flüssigkeitsstandes die angesammelte
Flüssigkeit häufig den gesamten Boden, indem sie durch die Dampföffnungen zum darunter liegenden Boden hindurchläuft.
Ein Hindurchlaufen am Bodenzulauf ist für den Kolonnenwirkungsgrad
besonders nachteilig, da die Flüssigkeit dann
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— j —
praktisch zwei Böden umgeht, nicht nur einen Boden. Sie umgeht
zwei Böden, weil die Flüssigkeit bei einem Durchlaufen am Zulaufabschnitt in den Bereich des Flüssigkeitsablaufes
des darunter liegenden Bodens fällt, so daß die Flüssigkeit also zum einen niemals in den wirksamen Bereich des oberen
Bodens gelangt und zum anderen den unteren Boden sofort wieder verläßt, ohne den wirksamen Bereich des.unteren Bodens zu
durchfließen.
Auf dem Fachgebiet sind zahlreiche Bemühungen darauf gerichtet worden, einige dieser Kontaktprobleme zu lösen, etwa
durch Anwendung besonders ausgebildeter Böden oder Einbau gewisser
Einrichtungen im Bereich des Flüssigkeitszulaufes des Bodens, um eine Blasenbildung, d.h. ein gleichmäßiges Dampf-Flüssigkeits-Gemisch,
vor dem Zufluß der Flüssigkeit auf den Kontaktabschnitt des Bodens zu fördern.
Wenn eine Blasen- oder Schaumbildung am Bodenzulauf beginnt, besteht die Neigung zur Aufrechterhaltung eines schaumartigen
Zustands beim Fluß quer über den Boden. Die Blasenoder
Schaumbildung fördert einen wirksamen Dampf-Flüssigkeits-Kontakt über den gesamten Boden und führt ein Hindurchlaufen
durch den Boden auf ein Geringstmaß zurück. Es besteht daher ein ausgeprägtes Interesse der Technik nach einer Einrichtung,
die in der Lage ist, eine Blasen- und Schaumbildung bereits am Bodenzulauf herbeizuführen.
Eine Einrichtung zur Begünstigung der Blasen- oder Schaumbildung ist beispielsv.'eise in "Chemical Engineering Progress11
, Band 65, Nr. 2, Seite 79, Februar 1969, beschrieben. Diese bekannte Einrichtung bedient sich einer undurchlässigen,
einv/ärts geschrägten Wandung, die angrenzend an eine ausv/ärts geschrägte durchlässige Wandung angeordnet ist. Die Durchlässe
machen etwa 14 % der Gesamtwandflache aus. Die Flüssigkeit fließt
? 0 9 8 7 2 / Π 9 ? 9 BAD ORIGINAL
vom Flüssigkeitszulaufabschnitt herauf und über die undurchlässige Wandung auf die geneigte durchlässige Wandung, wo
- da der Flüssigkeitsstand an dieser Stelle geringer ist als auf dem Boden - leicht Dampf durch die Durchlässe strömt und
die Flüssigkeit aufschäumt oder mit Blasen durchsetzte Diese Einrichtung hat jedoch wegen ihrer abgeschrägten Ausbildung
und kleinen Durchlaßfläche, d.h. 14 %, die Neigung, einen Fluß
eines Teils der Flüssigkeit abwärts über die Schrägung und einen Durchfluß durch die erste Reihe oder das erste Segment
der öffnungen in dem Dampf-Flüssigkeits-Kontaktbereich und damit
ein Hindurchfließen auf den darunter liegenden Boden zu gestatten.
Ein weiteres auf diesem Gebiet auftretendes Problem
ist die Herbeiführung einer gleichmäßigen Flüssigkeitsgeschwindigkeit beim Fluß quer über den Dampf-Flüssigkeits-Kontaktboden,
d.h. daß die Flüssigkeit an jedem Punkt des Bodens mit der gleichen Geschwindigkeit über den Boden strömt. Eine gleichmäßige
Flüssigkeitsgeschwindigkeit führt zu einem verbesserten Kolonnenwirkungsgrad. .
"Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolonne bzw. einen Kolonnenboden zu schaffen,, der nicht die vorstehend
erläuterten und ähnliche Mängel bekannter Einrichtungen aufweist, eine gleichmäßige Dampf-Flüssigkeits-Verteilung über den
Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt des Bodens gewährleistet und darüber hinaus eine gleichmäßige Flüssigkextsgeschwindigkeit
über den gesamten Darapf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt des Bodens
herbeiführt. Dabei soll weiterhin ein Flüssigkeitsdurchlauf von einem Boden su dem darunter liegenden Boden vor dem Inberührungtreten
der Flüssigkeit mit dem,von dem unteren Boden aufströmenden
Dampf beseitigt werden. Ferner soll die Einrichtung einfach ausgebildet und leicht herzustellen sein und einen Einbau auch
in bereits vorhandene Kolonnen gestatten«
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Gegenstand der Erfindung ist hierzu eine Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne
mit einer Mehrzahl von übereinander in Abständen voneinander angeordneten Böden zum Inberührungbringen
eines aufwärts strömenden Dampfes und einer abwärts strömenden Flüssigkeit, wobei wenigstens einer dieser Böden
einen im wesentlichen undurchlässigen Flussigkeitszulaufabschnitt,
einen Flüssigkeitsablaufabschnitt, einen durchlochten
Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt im Flussi,gkeitsströmungsweg
zwischen dem Zulauf- und dem Ablaufabschnitt und eine Ableiteinrichtung
zum Herunterleiten von Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsablaufabschnitt eines Bodens zu dem Flüssigkeitszuläufabschnitt·
eines darunter gelegenen Bodens aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Boden
eine erste, einwärts schräg ansteigende, im wesentlichen undurchlässige Leitwand angebracht ist, deren zur Kolonnenmitte
gerichteter Oberrand in einer Höhe oberhalb des Bodens endet, deren Unterrand angrenzend an den Flüssigkeitszulaufabschnitt
verläuft und die den Flüssigkeitszulaufabschnitt von dem durchlochten
Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt trennt, und der Boden
weiterhin eine zweite, sich etwa senkrecht aufwärts erstreckende, im wesentlichen undurchlässige Trennwand aufweist,
deren Unterrand angrenzend an den durchlochten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
des Bodens verläuft, deren Oberrand in einer Höhe unterhalb der Höhe des Oberrandes der schräg ansteigenden
Leitwand endet und die zusammen.mit diesem Oberrand der Leitwand einen quer durch die Kolonne reichenden und mit dem unteren
Boden in kommunizierender Verbindung stehenden, im wesentlichen
durchgehenden Dampfschlitz bildet,, so daß mindestens ein Teil
des aufwärts strömenden Dampfes gegen die über die schräg ansteigende Leitwand fließende Flüssigkeit gerichtet wird und sich
ein Dampf-Flüssicrkeits-Gemisch von gleichmäßiger Zusammensetzung
und Strömungsgeschwindigkeit vor dem v/eiteren Inberührungbringen von Dampf und Flüssigkeit über dem durchlochten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
des Bodens ergibt.
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"~ 6
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen gehen aus der nachstehenden Erläuterung der anliegenden Zeichnungen
hervor.
Figur 1 ist ein Teilschnitt durch eine Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne
für Einwegdurchfluß (single pass), etwa eine Kolonne für fraktionierte Destillation, die mit Kontaktböden
nach den Regeln der Erfindung ausgestattet ist.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Ausführungsform der Figur 1 längs Linie 2-2.
Figur 3 zeigt in vergrößertem Maßstab die Leit- und Durchströmeinrichtung mit einem durchgehenden Schlitz, die sich
auf dem erfindungsgemäß ausgebildeten Boden befindet.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Fraktionierkolonne 1 mit einer Mehrzahl von durchlochten Kontaktplatten oder Böden
2a, 2b und 2c, welche in der Kolonne einer über dem anderen angeordnet sind, dargestellt. Die Böden sind durch herkömmliche
nicht dargestellte Mittel in der Fraktionierkolonne 1 befestigt. Als Beispiel sind Siebboden dargestellt, es kann sich aber auch
um Glockenboden oder Ventilböden handeln. Siebboden und Ventilboden
v/erden bevorzugt. Jeder Boden 2a, 2b und 2c weist einen lochfreien Flüssigkeitszulaufabschnitt 3 auf, der einen Teil des
Umfangsberoiches des Bodens bildet und auf den die Flüssigkeit
vom oberen Boden läuft. Die dargestellte Ausbildunq des-Flüssigkeitszulaufabschnittes
ist typisch für Einweg-Fraktionierböden; die im einzelnen gewählte Ausbildung und Gestalt dieses Zulaufabschnittes ist jedoch nicht erfindungsv/esentlich und stellt
kein einschränkendes Merkmal dar.
Jeder Boden weist einen durchlochten Abschnitt 10
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mit darin befindlichen Durchlässen, etwa Löchern 4, auf. Der Abschnitt
10 erstreckt sich einwärts von dem lochfreien Zulaufabschnitt 3 bis zu einer Flüssigkeitsablauföffnung 11a, 11b
bzw, lic. Der durchlochte Abschnitt 10 gestattet einen Dampfdurchtritt
vom unteren Boden durch die Löcher 4 zum darüber befindlichen
Boden.
Weiter weisen die Inneneinbauten der Kolonne eine Ableiteinrichtung 5 (downcomer) in Verbindung mit jedem Boden
auf; diese befindet sich in einem iisstand von der Kolonnenwandung
12 in einer Lage etwa parallel zur Längsachse der Kolonne» Gewünschtenfalls kann diese Ableiteinrichtung auch gegen die
Kolonnenwandung 12 geneigt sein. Weiterhin befindet sich die Ableiteinrichtung 5 im Abstand über dem lochfreien Zulaufabschnitt
3 und sie weist gleiche Abmessungen wie dieser Abschnitt auf. Um die Aufrechterhaltung vorbestimmter hydrostatischer Verhältnisse
bzw. eines vorbestimmten Flüssigkeitsstandes auf den Böden 2a, 2b bzw. 2c zu unterstützen, kann die Ableiteinrichtung
ein Wehr 6 aufweisen«. Diese herkömmliche Äbleiteinrichtung dient
in üblicher Weise zum Herunterleiten von Flüssigkeit vom oberen Boden auf den darunter liegenden Boden und sie gewährleistet
einen Fluß der Flüssigkeit längs der Kolonnenwandung auf den Flüssigkeitszulaufabschnitt 3 unterhalb des unteren Endes der
Ableiteinrichtung 5 und von dort auf den Kontaktabschnitt des unteren Bodens, wie das durch die Fließrichtungspfeile in den
Figuren 1 und 2 angedeutet ist.
Jeder Boden ist mit einer einwärts schräg ansteigenden, im wesentlichen undurchlässigen Leitwand 7 versehen. Der
Unterrand dieser Leitwand 7 verläuft angrenzend an den Flüssig-.keitszulaufabschnitt
3, so daß er den undurchlässigen Flüssigkeitszulaufabschnitt 3 von dem durchlochten Abschnitt 10 des
Bodens trennt. Ein Teil der schräg ansteigenden Leitwand 7 kann über den Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt 10 des Bodens
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reichen. Die ansteigende Leitwand 7 ist vorzugsweise undurchlocht
und damit undurchlässig, jedoch kann auch ein geringer Betrag der Fläche offen sein,, so daß etwas Flüssigkeit und/
oder Dampf hindurchgehen kann. Vorzugsweise wird die Gesamtmenge der Flüssigkeit, die durch die Flüssigkeitsöffnung 11a,
11b bzw. lic auf den betreffenden Boden läuft,, über die Leitwand
7 geleitet.
Anqrenzend an den Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
10 befindet sich eine aufwärts reichende im wesentlichen undurchlässige
Trennwand 8. Vorzugsweise erstreckt sich diese Trennwand quer über den gesamten Boden von einer Seite der
Kolonne zur anderen Seite. Diese Trennwand 8 ist im wesentlichen senkrecht nach oben stehend angeordnet und sie endet in
einer Höhe unterhalb der Höhe, wo sich der Oberrand der schräg ansteigenden Leitwand 7 befindet. Diese senkrechte Anordnung
gewährleistet einen turbulenten Fluß im Bereich neben der Wand,
so daß kein Flüssigkeitsdurchlauf durch Löcher im durchlochten Abschnitt unmittelbar neben der Wand 8 erfolgt. Weiterhin ver- '
hindert diese Trennwand jeglichen Flüssigkeitsdurchlauf unter der Leitwand 7 in den Dampfraum 13 des darunter liegenden Bodens.
In der Zeichnung ist die bevorzugte Ausbildung und Anordnung bezüglich der schräg ansteigenden Leitwand 7 und der
senkrechten Trennwand 8 dargestellt, wonach der Oberrand der Leitwand 7 direkt oberhalb der senkrechten Trennwand 8 endet.
Die schräg ansteigende Leitwand 7 und die senkrechte Trennwand 8 bilden zusammen einen im wesentlichen durchgehenden
Dampfschlitz 9, der sich quer durch die Kolonne erstreckt und
mit dem Dampfraum 13 des darunter befindlichen Bodens durch Öffnungen oder Löcher 4 in kommunizierender Verbindung steht.
Wenn die Dämpfe durch die Löcher 4 aufwärts strömen, fließen sie heraus durch den Dampfschlitz 9 und treten dabei in innige
Berührung mit der Flüssigkeit, die über die schräg ansteigende
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Leitwand 7 überfließt. Dar dabei eintretende Dampf-Flüssigkeits-Kontakt
führt zu einer Schaumbildung an dieser Stelle und diese bereits su Beginn erfolgende Schaumbildung führt
su besonders günstigen Bedingungen für eine "Schaumbildung
auf dem durchlochten Kontaktabschnitt 10 des Bodens.. Weiter·»
hin führt dieses Infaerühryngbringen nnä Durchmischen von
.Dampf nnä Flüssigkeit au einer gleichmäßigen FXüssigkeitsgeschwindigkeit^
die auch bleibt „ wenn, .die Flüssigkeit dann
über den durchlöehtsn Abschnitt 10 des Bodens fließt,, Die
über den durchlöchteii Abschnitt 10 fließende Flüssigkeit hat
also in etwa die gleiche Geschwindigkeit an den is der Figur 2
als Beispiel angedeuteten. Stellen ar b nnä Co.Die Herbeiführung
dieser gleichmäßigen Geschwindigkeit bereits zu Beginn in Verbindung mit der Gewährleistung eines Dampf~Flüssigkeits~Ge~
mischs iron gleichmäßiger Konsentration stellt sicher, daß eine
sehr wirksame, den Idealgustand annähernde Fraktionierung ohne"
Flüssigkoitsdurchlaiaf auf die darunter liegenden Böden ersieife
v/irciο Die Beseitigung eines Fliissigkeltsduffchlstjfas ist. eben- falls
besonders wichtig»- äs bei bekannten JlnorsRiingen häufig
ein Großteil fies* Flüssigkeit,, di© durch einen gegebenes Boden
hindurch lauf t, nielit nur diesen Boden umgeht, sondern auch den
nächstniedoran Boden t wie bereits gesagt wurde0 Dies läßt sich
gut anhand cl©2C Wi^m: I veranschaulichen, Wenn die schräg anstei=
gends Leitwand 7 nnä die senkrechte Trennwand 8 nicht vorhanden
wären, würde ein Teil der durch die Plüssiqkeitsöffnung
11a herablaufenden Flüssigkeit infolge Durchlaufs durch Löcher 4 den Boden 2b umgehen und in Nähe der Flüssigkeitsöffnung lic
auf den darunter befindlichen Boden 2c fallen. Da der Fluß auf dem Boden 2c zur Flüssiqkeitsöffnung lic gerichtet ist, würde
die durch den Boden 2b hindurchlaufende Flüssigkeit praktisch sofort aus dom wirksamen durchlochten Gebiet 10 des Bodens 2c
wieder fortgetragen werden.' Demgemäß würde die Flüssigkeit nicht nur auf dem Boden 2b sondern auch auf dem Boden 2c an den
aufsteigenden Dämpfen vorbeigehen.
ORIGINAL INSPECTHJ
209828/σ929 -~"
216157;
Die den .Dampfschlitz 9 bildende öffnung verläuft
parallel sur Oberfläche des jeweiligen Bodens, d.h. der Oberrand
der schräg ansteigenden Leitwand 7 verlauft ebenfalls
parallel gum Boden«, Die im Einself all angewendete lichte
Höhe des Dampfschiitzes 9 ist für optimale Verhältnisse hau-*
fig abhängig von der im Einselfall durchgeführten Pxt. des
Inbarührungbringens von Dampf und Flüssigkeit und den im Einsslfa.ll
vorliegenden Komponenten» Vorzugsweise sollte der Dampf schlitz jedoch etwa 15 % bis etwa 75% der Fläche ausmachen
f die \ron dem Onterr£r;ö. der senkrechten Trennwand 8 und
äsm Oberrand der schräg ansteigenden Leitwand 7 umgrenzt-wird« -
Dia Figur 3 seigt in schaubi1dlicher Darstellung
-die wesentlichen Teile dar vorgesehenen Einrichtung und insbesondere
die Anordnung äsr schräg ansteigenden Leitwand 7
in Bsaug auf die senkrechte Trennwand 8 sur Bildung des dtxchgslieMen
Dampf sehlitses S0 Es können ? je "nach Kolonnengröße, . -
Stß-tzen 14 vorgesehen sein» die mix dan Zweck haben, Mitteibou-sielie
aar schräg ansteigenden Leitwand 7 abzustützen und
daiiiiν: sichersustellen^ daß dis Schiitsöffnung über die gecAmts
'Kolormenbreite eine gleichmäßige" lichte Höhe aufweist« Es ϊΛ?γ;γ :
de gefundeni7 daß dsr Winkel zwischen der schräg ansteigende« Leitwand
7 und dem betreffenden Boden f hier also dem Bodea 2b „
vorzugsweise etwa 10° bis eti^a 45 beträgt«,
Ein besonders wichtiger technischer Vorteil der erfindungsgemäßen
Einrichtung liegt darin, daß sie leicht und bequem in bereits vorhandene Kolonnen eingebaut werden kann«
Die Teile 7, 8 und 14 können getrennt von den Böden hergestellt
und zusammengebaut werden. Die vorgefertigte Einrichtung kann dann leicht auf bereits vorhandenen Fraktionierböden, bei denen
eine schlechte Dampf-Flüssigkeitsverteilung und ungleichmäßige
Flüssigkeitsgeschwindigkeiten auf dem Boden vorliegen, angebracht werden. Dabei ist es auch nicht zwingend erforderlich,
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ORSGiNAL INSPECTED
daß die bereits vorhandene Kolonne die gleiche innere Ausgestaltung
hat, wie die in der Zeichnung dargestellte Kolonne. Es ist ohne Schwierigkeit eine Anpassung an den Einzelfall
möglich. So ist beispielsweise in der Zeichnung eine Kolonne mit Querfluß (crossflow column) dargestellt p die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber in analoger Weise auch bei Böden mit aufgespaltetem Fluß (split-flow) oder anderen Bodenausbildungen Anwendung finden (hinsichtlich einer Erörterung von Vorteilen verschiedener Strömungsbilder vgl. Abschnitt 18 in Perry/ Chemical Engineer's Handbook, 4. Auflage).
möglich. So ist beispielsweise in der Zeichnung eine Kolonne mit Querfluß (crossflow column) dargestellt p die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber in analoger Weise auch bei Böden mit aufgespaltetem Fluß (split-flow) oder anderen Bodenausbildungen Anwendung finden (hinsichtlich einer Erörterung von Vorteilen verschiedener Strömungsbilder vgl. Abschnitt 18 in Perry/ Chemical Engineer's Handbook, 4. Auflage).
Die anliegenden Zeichnungen sind schematisch und
bedeuten keine Einschränkung hinsichtlich der Ausbildung des Kontaktbodens. .
bedeuten keine Einschränkung hinsichtlich der Ausbildung des Kontaktbodens. .
Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist besonders brauchbar und vorteilhaft bei Destillationskolonnen, die bei
unteratmosphärischen Drücken arbeiten und ein sehr geringes
Druckgefälle je theoretischem Boden erfordern, da die erläuterte Einrichtung ein Dampf-Flüssigkeits-Gemisch von gleichmäßiger Zusammensetzung und eine gleichmäßige Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf jedem Boden sicherstellt. Dies ist besonders wichtig,wenn in der Destillationskolonne ein Einsatzmaterial verarbeitet wird, das einen thermisch unbeständigen Bestandteil umfaßt. Beispielsweise bei der Trennung von /"thylbenzol und Styrol sind ein niedriger Gesamtdruck und einhergehend damit eine geringe Druckdifferenz je Boden notwendig, um einen niedrigen Druck und demgemäß eine niedrige Temperatur im Sumpf der Kolonne aufrechtzuerhalten. Eine niedrige Temperatur ist erforderlich, um eine Styrolpolymerisation im Wiedererhitzer zu verhindern. Weiterhin gewährleistet die erfindungsgemäße
Einrichtung ein gleichmäßiges Dampf-Flüssigkeits-Gemisch ohne Einschleppung von Flüssigkeit in den aufwärts strömenden Dampf,
Druckgefälle je theoretischem Boden erfordern, da die erläuterte Einrichtung ein Dampf-Flüssigkeits-Gemisch von gleichmäßiger Zusammensetzung und eine gleichmäßige Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf jedem Boden sicherstellt. Dies ist besonders wichtig,wenn in der Destillationskolonne ein Einsatzmaterial verarbeitet wird, das einen thermisch unbeständigen Bestandteil umfaßt. Beispielsweise bei der Trennung von /"thylbenzol und Styrol sind ein niedriger Gesamtdruck und einhergehend damit eine geringe Druckdifferenz je Boden notwendig, um einen niedrigen Druck und demgemäß eine niedrige Temperatur im Sumpf der Kolonne aufrechtzuerhalten. Eine niedrige Temperatur ist erforderlich, um eine Styrolpolymerisation im Wiedererhitzer zu verhindern. Weiterhin gewährleistet die erfindungsgemäße
Einrichtung ein gleichmäßiges Dampf-Flüssigkeits-Gemisch ohne Einschleppung von Flüssigkeit in den aufwärts strömenden Dampf,
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so daß die Flüssigkeit niemals den Boden, auf den sie aufgegeben wird, umgeht.
Die erzielten Vorteile werden anhand des nachstehenden Beispiels v/eiter veranschaulicht, die Erfindung .ist
aber nicht auf diese besondere Durchführungsform beschränkt.
Die nachstehend aufgeführten Werte wurden erhalten unter großtechnischen Betriebsbedingungen; es wurde ein Kthylbenzol-Styrol-Gemisch,
das 41 Mol~% !"",thylbenzol und 59 Mol-%
Styrol mit Spuren anderer Aromaten enthielt, in einer Fraktionierkolonne mit doppeltem Durchgang (double-pass) von 6,1 m
(20 foot) Durchmesser, die 85 Böden mit einem Abstand zwischen den Böden von 0,61 m (24 inch) enthielt, fraktioniert. Jeder
2 2
Boden wies 3,7 m (40 feet ), das sind 12,7 %, freie Fläche in Form von Ventilen (Koch Flexitray Valves), eingebaut in
öffnungen von 3,8 cm (1,5 inch) Durchmesser, auf. Die Kolonne
wurde bei einem Kopfdruck von 35 mm Hg abs. und einer Kopftemperatur
von 52°C (125°F) und bei einem Bodendruck von 250 mm Hg abs. und einer Bodentemperatur von 107°C (225°F) gehalten.
Die Frischbeschickungszuführung zur Kolonne betrug 18,1 m /h, wobei 8,1 m /h als Produkt überkopf abgezogen und 10,0 m /h
als Bodenproduktstrom abgenommen v/urden. "Der Rückfluß betrug
6 9,5 m /h, ents
von 3,76 (Mol).
von 3,76 (Mol).
6 9,5 m /h, entsprechend einem Rückfluß/Beschickungs-Verhältnis
Die Kolonne wurde zunächst ohne die erfindungsgemäß vorgesehene Einrichtung betrieben. Die dabei erhaltenen Ergebnisse
waren unbefriedigend.
Dann wurde die Einrichtung gemäß der Erfindung, wie sie in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellt ist, eingebaut. Hierzu
2 0 9828/0929
wurden' zunächst die Ventile und Ventilkäfige der ersten Ventilreihe
parallel zu dem lochfreien Flüssigkeitszulaufabschnitt eines jeden Bodens entfernt und dann wurde die beschriebene
Einrichtung der Figuren 1, 2 und 3 über der sich ergebenden Reihe von freien Löchern mit 3,8 cm (1,5 inch)
Durchmesser angebracht. So wie in der Zeichnung dargestellt erstreckte sich die Einrichtung durch den vollen Querschnitt
der Kolonne. Entsprechend der Ausbildung gemäß den Figuren und insbesondere der Figur 3 hatte die senkrechte Trennwand
8 eine Höhe von 1,27 cm (0,5 inch), die schräg ansteigende
Leitwand 7 war 6,03 cm (2 und 3/8 inch) breit und die Wände 7 und 8 waren so zueinander angeordnet, daß der Oberrand der
Leitwand 7 direkt oberhalb der Trennwand 8 lag und sich ein ' durchgehender Dampfschlitz von 1,27 cm (0,5inch) Höhe ergab.
Der Winkel betrug etwa 17,5°. Kommunizierende Verbindung mit den darunter liegenden Böden war hergestellt durch die unter
der Leitwand 7 liegenden Löcher, die durch die Entfernung der ersten Ventilreihe des jeweiligen Bodens freigemacht worden
waren.
Nachstehend sind die gemittelten Ergebnisse aufgeführt,
die vor und nach Einbau der Einrichtung gemäß der p;rfindung erhalten wurden. Der angegebene Bodenwirkungsgrad
stellt einen Gesamtkolonnenwirkungsgrad dar, bestimmt durch die angewendeten Betriebsbedingungen und den Murphee-Wirkungsgrad.
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- 14 -
Vor Einbau (herkömmlich) |
Nach Einbau (Erfindung) |
6 94 |
2 98 |
99,8-99,9 0,1- 0,2 |
99,99 0,01 |
40-50 % | 30-90 % |
Zusammensetzung des Überkopfprodukts, Mo1-%
Styrol
Äthylbenzol
Zusammensetzung des Bodenprodukts , Mol-%
Styrol
Äthylbenzol
Bodenwirkungsgrad
Die vorstehenden Ergebnisse belegen eindeutig die durch die Erfindung erzielte einschneidende Verbesserung und
die hinsichtlich der .Absolutwerte ausgezeichnete Trennleistung, Durch Erhöhung des Gesamtv/irkungsgrades der Kolonne um einen
Faktor von zwei oder mehr, einzig durch Einbau der erfindungsgemäßen
Einrichtung, d.h. bei Konstanthaltung sämtlicher übrigen Betriebsbedingungen, wird die Zahl der theoretischen Böden
mehr als verdoppelt und der Druckabfall je theoretischem Boden auf die Hälfte verringert. Dies bedeutet einen einschneidend
verbesserten Betrieb der Destillationskolonne durch den Einbau einer einfach ausgebildeten, billig herzustellenden und leicht
zu installierenden Einrichtung.
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Claims (7)
1. Dampf-Flüssigkeits-Kontaktkolonne mit einer
Mehrzahl von übereinander in Abständen voneinander angeordneten Böden zum Inberührungbringen eines aufwärts strömenden Dampfes
und einer abwärts strömenden Flüssigkeit, wobei wenigstens einer dieser Böden einen im wesentlichen undurchlässigen Flüssigkeitszulaufabschnitt,
einen Flüssigkeitsablaufabschnitt, einen durchlochten
Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt im Flüssigkeitsströipungsweg
zwischen dem Zulauf- und dem Ablauf abschnitt und eine Ableiteinrichtung zum Herunterleiten von Flüssigkeit von
dem Flüssigkeitsablaufabschnitt eines Bodens zu dem Flüssigkeitszulaufabschnitt
eines darunter gelegenen Bodens aufweist, d a -_ durch gekennzeichnet, daß an dem Boden (2a,
2b, 2c) eine erste, einwärts schräg ansteigende, im wesentlichen undurchlässige Leitwand (7) angebracht ist, deren zur Kolonnenmitte
gerichteter Oberrand in einer Höhe oberhalb des Bodens endet, deren Unterrand angrenzend an den Flüssigkeitszulaufabschnitt
(3) verläuft und die den Flüssigkeitszulaufabschnitt
(3) von dem durchlochten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
(10) trennt, und der Boden (2a, 2b, 2c) weiterhin eine zweite, sich etwa senkrecht aufwärts erstreckende, im wesentlichen
undurchlässige Trennwand (8) aufweist, deren Unterrand angrenzend an den durchlochten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
(10) des Bodens verläuft, deren Oberrand in einer Höhe unterhalb der Höhe des Oberrandes der schräg ansteigenden Leitwand
(7) endet und die zusammen mit diesem Oberrand der Leitwand
(7) einen quer durch die Kolonne (1) reichenden und mit dem unteren Boden in kommunizierender Verbindung stehenden, im
wesentlichen durchgehenden Dampfschlitz (9) bildet, so daß mindestens ein Teil des aufwärts strömenden Dampfes gegen die über
die schräg ansteigende Leitwand (7) fließende Flüssigkeit gerichtet wird und sich ein Dampf-Flüssigkeits-Gemisch von gleich-
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mäßiger Zusammensetzung und Strömungsgeschwindigkeit vor dem weiteren Inberührungbringen von Dampf und Flüssigkeit über
dem durchlochten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt (10) des Bodens ergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (8) direkt unterhalb des Oberrandes der schräg ansteigenden Leitwand (7) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die schräg ansteigende Leitwand (7) mit dem Boden (2a, 2b, 2c) einen Winkel von etwa 10° bis etwa 45°
bildet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Öffnung des DampfSchlitzes (9) etwa 15 % bis etwa 7 5 % der Gesamtfläche ausmacht, die von dem
Unterrand der Trennwand (8) und dem Oberrand der schräg ansteigenden Leitwand (7) begrenzt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß der durchlochte Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
(10) des Bodens (2a, 2b, 2c) mindestens teilv/eise
in Form eines Siebbodens ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchlochte Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitt
(10) des Bodens (2a, 2b, 2c) mindestens teilweise als Ventilboden ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die schräg ansteigende Leitwand
(7) über einen Teil des durchlochten Dampf-Flüssigkeits-Kontaktabschnitts
(10) des Bodens (2a, 2b, 2c) erstreckt.
209828/09 79
S. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberrand der Trennwand (8)
parallel zu dem Boden (2a, 2b, 2c) verläuft.
209828/092 9
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