DE2413213A1 - Fraktioniersaeule - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die gleichmäßige Umverteilung von Rückflußflüssigkeit in einem Fraktioniersystem
von einer Säule eines bestimmten Durchmessers auf eine einen Packungsabschnitt aufweisende Säule eines anderen
Durchmessers.
Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Umverteilung von flüssigem Kondensat in Fraktioniersäulen Rektifizierern,
Sprühsäulen, Fraktion^ierabsorbern und dergl. bekannt.
Typische Beispiele hierfür sind die handelsüblichen mulden- oder wannenförmigen Umverteiler. Diese bestehen im wesentlichen
aus V-förmigen Mulden oder Wannen mit im Boden des V vorgesehenen kleinen AbIauflöehern, welche das Abfließen des
Ke/Bl/M
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in der Wanne oder Mulde aufgefangenen Kondensats ermöglichen.
Kombinationen solcher Mulden können in jedem beliebigen Schema angeordnet werden. Ein anderes bekanntes System
für die Flüssigkondensatumverteilung ist ein kastenförmiger Umverteiler, der im wesentlichen aus rechteckigen Mulden
oder Wannen mit einer Anordnung von V-förmigen Öffnungen in deren Seiten besteht. Wenn sich das flüssige Kondensat
bis zur Unterseite der V-förmigen Öffnungen ansammelt, beginnt
es zum vorgesehenen Bestimmungsort herabzufließen.
Andere, weiterentwickelte Konstruktionen für die Kondensatumverteilung
z.B. gemäß der US-PS 3 464 893 wurden ebenfalls eingesetzt. Diese Patentschrift beschreibt eine Verteilereinrichtung
in konzentrischer Anordnung zu einem Wärmetauscher in einem Vakuumrektifizierer, welche eine gleichmäßige
Verteilung des Kondensats an den beheizten Innenwänden des Rektifizierers gewährleistet. Außerdem beschreibt
die genannte US-PS einen Rückflußverteiler in konzentrischer Anordnung zum Wärmetauscher in Form eines umgedrehten Kegelstumpfes mit einer gezahnten Unterkante. Ein zweiter Kegelstumpf
der gleichen Anordnung unmittelbar unterhalb des Rohmaterial-Zufuhrrohrs dient als Rohmaterial-Lösungsverteiler.
Der Stand der Technik bietet keine Einrichtung für eine gleichmäßige
Umverteilung von flüssigem Kondensat aus einer Säule einer bestimmten Größe in eine damit verbundene Säule einer
anderen Größe. Die vorstehend erwähnten mulden- und kastenförmigen Umverteiler können nicht abgewandelt oder angepaßt
werden, um die umzuverteilende Flüssigkeit von einer gleichmäßigen Verteilung in einer Säule einer Größe zu einer
gleichmäßigen Verteilung in einer größeren Säule umzuverteilen. Die mit den bekannten Verfahren erreichte Umverteilung
ist derart, daß nur der zentrale, zylindrische Packungsabschnitt, dessen Durchmesser demjenigen der oberen,
kleineren Säule entspricht, einwandfrei benetzt wird, wäh-
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rend der äußere Ringbereich der Packung von der Flüssigkeit unbenetzt bleibt, was zu einer ungenügenden Ausnutzung
der Packung und zur Bildung von "Trockenstellen" führt. Wird dagegen im Betrieb dieser Einheit die Flüssigkeit von
einer Säule größerer Abmessungen auf eine kleinere Säule umverteilt, so wird eine unproportional größere Benetzung
im Außenringbereich der Packung hervorgebracht, die zu Überflutungszuständen führt, unter denen nur eine geringe
oder gar keine Fraktionierung auftreten kann.
Die bekannten mulden- und kastenförmigen Umverteiler besitzen vergleichsweise lange Flüssigkeits-Verweilzeiten infolge
des großen zurückgehaltenen Flüssigkeitsvolumens. Diese lange Verweilzeit kann aber eine Verstopfung, eine Materialzersetzung
und eine ungleichmäßige Flüssigkeitsumverteilung zur Folge haben.
Der Stand der Technik beschränkt sich auf die Verwendung von einzelnen, umgekehrt kegelförmigen Gliedern als Umverteilungsvorrichtungen,
wie dies in der US-PS 3 464 893 offenbart ist. Die Verwendung eines einzigen umgedrehten Kegels
in einer beliebigen, zwei verschiedene Durchmesser besitzenden Säule mit einem dünneren Unterteil führt aber ebenfalls
zu ernsten Problemen infolge einer mangelhaften Flüssigkeitsverteilung. Die von der Querschnittsfläche der
oberen Säule lotrecht über der unteren Öffnung des Kegels herabfallende Flüssigkeit fällt unmittelbar auf die Packung
in der unteren Säule, wodurch der Packungsabschnitt vollständig
benetzt wird. Die vom Außenringabschnitt des Querschnitts der oberen Säule herabfallende Flüssigkeit
trifft dagegen auf den Einzelkegel auf und läuft an dessen Umfang nahe der Wand des unteren Abschnitts herab, so
daß sie eine unverhältnismäßig große Benetzung und Überflutung hervorruft. Diese ungleichmäßige Verteilung kann
durch Einstellung des Kegeldurchmessers oder der Kegelposition
nicht ausgeschaltet werden. Wenn dagegen ein ein-
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ziger, nicht umgedrehter Kegel eine Säule eines bestimmten Durchmessers mit einer solchen eines größeren Durchmessers
verbindet, empfängt der Mittelbereich der Querschnittsfläche der Packung den Flüssigkeitsstrom, während
die nahe der Säulenwand befindlichen Packungsabschnitte
gar keiner oder nur einer geringen Strömungsdichte mit den davon herrührenden Schwierigkeiten, wie "Trockenstellen",
ungenügende Packungsausnutzung, Peststoffbildung und Verstopfung,
ausgesetzt sind. Auch hierbei kann durch eine Einstellung des Einzelkegels die ungleichmäßige Umverteilung
nicht behoben werden.
Der Erfindung liegt damit in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Vorrichtung für die
gleichmäßige Umverteilung von Rückflußflüssigkeit von einer Säule eines bestimmten Durchmessers zu einer mit einem
Packungsabschnitt versehenen Säule eines unterschiedlichen Durchmessers zu schaffen, so daß über den gesamten Packungsabschnitt hinweg eine gleichmäßige Flüssigkeitsströmungsdichte
vorhanden ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, welche besondere Vorteile bei
der Umverteilung von flüssigem Kondensat unter Bedingungen großer Säulenabmessungen, reduzierten Drucks und niedriger
Flüssigkeits-Massendurchsatzmengen bei minimaler Verweilzeit in der Vorrichtung bietet.
Diese Aufgabe wird bei einer Fraktioniereäule mit zwei miteinander
verbundenen Abschnitten unterschiedlicher Durchmesser, in die an der Übergangsstelle zwischen den beiden
Abschnitten eine Flüssigkeits-Umverteilungsvorrichtung eingebaut ist, welche die Rückflußflüssigkeit aus dem Oberteil
der Säule auffängt und den Rückfluß auf die Oberseite der in dem unter der Umverteilungsvorrichtung befindlichen Säulenabschnitt
vorgesehenen Packung umverteilt, erfindungsge-
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maß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeits-Umverteilungsvorrichtung
aus einer Anzahl konzentrischer, kegelstumpfförmiger Glieder mit jeweils praktisch gleicher Höhe besteht,
die praktisch koaxial zur lotrechten Achse der Säule angeordnet sind und deren Basen bzw. Grundflächen in einer gemeinsamen
Ebene liegen und zum Säulenabschnitt mit dem größeren Durchmesser hin gerichtet sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausf uhrungsformen der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen längs der lotrechten Achse geführten Schnitt durch eine spezielle Ausführungsform einer Fraktioniersäule
mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung der speziellen Umverteilungsvorrichtung
gemäß Fig. 1, in welcher jedoch zur Ver-• einfachung der Darstellung weniger Kegelstumpfglieder
veranschaulicht sind,
Fig. 3 eine Halbaufsicht auf die Umverteilungsvorrichtung
gemäß Fig.; 2,
Fig. 4 einen Viertelschnitt längs der Linie A-A, welcher die Zähne oder Zacken an der unteren Ablaufkante
zeigt,
Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der lotrechten Achse eines einzigen kegelstumpfförmigen
Glieds der erfindungsgemäßen Umverteilungsvorrichtung, welcher eine spezielle Konfiguration
der Zähne oder Zacken gemäß Fig. 4 veranschaulicht,
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Fig. 6 eine halbierte Aufsicht auf eine Umverteilungsvorrichtung
mit Vieleckquerschnitt und
Fig. 7 eine halbierte Aufsicht auf eine Umverteilungsvorrichtung
mit am Rande ausgewölbtem Querschnitt.
Fraktioniersäulen, Rektifizierer, Sprühsäulen oder -türme, Fraktionierabsorber und dergl. sind üblicherweise mit Einrichtungen
zum Umverteilen der kondensierten Flüssigkeit bzw. des Kondensats in vorbestimmtem Schema auf einen Bereich
versehen, in welchem für die Wiederverdampfung eine erweiterte Kontaktfläche vorgesehen ist. Der Bereich des
vergrößerten Flächenkontakts umfaßt einen Abschnitt, der mit den üblicherweise als Packungen für Fraktioniersäulen
verwendeten Materialien, wie Raschig-Ringen, Lessing-Ringen, Pall-Ringen, Quertrennringen, Einzel-, Doppel- und
Dreifach-Spiralringen, Berl-Sätteln, Intalox-Sätteln, Endlosdrähten,
Schwammdrähten und dergl., gepackt ist.
Der Grund für die Verwendung derartiger Umverteilungseinrichtungen
bei den vorgenannten Geräten liegt darin, eine gleichmäßige Benetzung der Packung durch das herablaufende
Kondensat zu gewährleisten und dadurch die für eine optimale Fraktionierung erforderlichen optimalen Gleichgewichtsbedingungen
zwischen der absinkenden Flüssigkeit und dem hochsteigenden Dampf zu erzielen. Wird die Packung
nicht gleichmäßig benetzt, so führt dies zu einer ungleichmäßigen Flüssigkeit-Massendurchsatzdichte über ihr Volumen
hinweg. Die Unterschiede können hierbei von vollkommen trockenen Stellen bis zu überfluteten Stellen reichen, und
beide Zustände sind für die Funktion der Säule schädlich. Im Fall von temperaturempfindlichen Flüssigkeiten kann es
zur Materialzersetzung, zur Feststoffbildung und zu Verstopfungen in den "Trockenstellen"-Bereichen kommen, in
denen eine niedrige Massendurchsatzdichte vorhanden ist.
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Die vorher erwähnten, bekannten Einrichtungen für die Umverteilung
sind auf Säulen gerichtet und beschränkt, in denen die Umverteilung in einer Säule gleichbleibenden
Durchmessers erfolgt.
Die besonderen Merkmale der erfindungsgemäßen Umverteilungsvorrichtung
liegen in ihrer Fähigkeit, den Rückfluß im Gleichgewichtszustand mit dem Dampf von einem Säulenabschnitt
eines bestimmten Durchmessers auf einen Säulenabschnitt eines anderen Durchmessers mit derartiger
Gleichförmigkeit umzuverteilen, daß die Packung in der unteren Säule gleichmäßig benetzt wird, so daß die für
das Flüssigkeit/Dampf-Gleichgewicht in der Säule erforderlichen Bedingungen gewährleistet werden.
Der erfindungsgemäße Flussigkeitsumverteiler weist mehrere
kegelstumpfförmige Glieder auf, die an der Übergangsstelle des Säulenabschnitts größeren Durchmessers zum Säulenabschnitt
kleineren Durchmessers angeordnet sind. Diese kegelstumpf
förmi gen Glieder besitzen sämtlich jeweils praktisch die gleiche Höhe und sind in der Säule in der Weise
angeordnet, daß ihre Achsen sämtlich koaxial zur Säulenachse liegen. Diese Glieder sind dabei so ausgerichtet,
daß sich die Basis bzw. Grundfläche, d.h. das weitere Ende, jedes Glieds zu dem den größeren Durchmesser besitzenden
Säulenabschnitt hin öffnet.
Wenn dabei der Rückfluß von einem oberen Abschnitt kleineren Durchmessers zu einem unteren Abschnitt größeren Durchmessers
umverteilt wird, sind die kegelstumpfförmigen Glieder
in normaler Lage angeordnet, d.h. die Basis bzw. das weitere Ende jedes Glieds ist nach unten gerichtet. Wird
die Flüssigkeit dagegen in entgegengesetzter Weise von einem oberen Säulenabschnitt größeren Durchmessers auf einen Säu-
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— ο —
lenabschnitt kleineren Durchmessers umverteilt, so sind die kegelstumpfförmigen Glieder umgedreht bzw. kopfstehend
an der Übergangsstelle zwischen beiden Abschnitten angeordnet.
Die YJahl der tatsächlichen Zahl, der Oberfläche und des Kegelwinkels
der kegelstumpfförmigen Glieder hängt hierbei lediglich von der Größe und der Geometrie des verwendeten
Fraktioniersäulensystems ab. Diese kegelstumpfförmigen Glieder sammeln die von der oberen Säule herabfließende Rückflußflüssigkeit.
Infolge der Geometrie dieser Glieder fließt die Flüssigkeit an ihren unteren Enden in einer Reihe von
kreisförmigen Mustern herab, deren Anzahl durch die Zahl der kegelstumpfförmigen Glieder bestimmt wird, wobei die Flüssigkeit
die in der unteren Säule des unterschiedlichen Durchmessers befindliche Packung gleichmäßig benetzt.
Vorteilhafterweise ist der Kegelwinkel der Kegelstumpfglieder
so gewählt, daß die vom oberen Säulenabschnitt herabfließende Rückflußflüssigkeit nicht durch den Spalt zwischen
den Wänden zweier benachbarter Kegelstumpfglieder
hindurchtreten kann, ohne mit einem Teil dieser Wände in Berührung zu gelangen. Ersichtlicherweise fließt die Flüssigkeit
durch das Zentrum des innersten Kegelstumpfglieds
hindurch, ohne mit seiner Wand in Berührung zu gelangen; dieser freie Durchfluß kann jedoch weitgehend vermindert
werden, indem die mittige Öffnung klein gehalten wird.
Der Umfang der Basis des äußersten Kegelstumpfglieds erstreckt
sich nach außen in der Weise in den weiteren Säulenabschnitt hinein, daß die Flüssigkeit an einem ungehinderten
Herabfließen zwischen der Außenkante dieses Umfangsteils und der Innenfläche des genannten Säulenabschnitts gehindert wird,
In bevorzugter Ausführungsform besitzt der Innenabschnitt
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der Wand der Fraktioniersäule, welcher den Übergangsbereich zwischen den beiden Säulenabschnitten unterschiedlichen
Durchmessers bildet, praktisch die gleiche Konfiguration wie die verschiedenen Kegelstumpfglieder.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Unterkante
jedes Kegelstumpfglieds mit Zacken oder Zähnen versehen, die Stellen bilden, von denen die am betreffenden
Kegelstumpfglied herabfließende Flüssigkeit abtropfen oder herunterfließen kann. Diese Zacken können in der gleichen
Ebene liegen wie der größte Teil der Oberfläche des Kegelstumpf glieds, mit dem sie verbunden sind. Wahlweise können
bei einer noch näher zu erläuternden, bevorzugten Ausführungsform die einander jeweils benachbarten Zähne oder
Zacken an der Unterkante des Kegelstumpfglieds gegenüber der Lotrechten in entgegengesetzte Richtungen geneigt sein,
so daß die am Kegelstumpfglied herabfließende Flüssigkeit
in ein inneres und ein äußeres Muster oder Schema der von der Unterkante des Kegelstumpfglieds herabfließenden Flüssigkeit
aufgeteilt wird.
Die verschiedenen Kegelstumpfglieder, welche die Umverteilungsvorrichtung
bei der erfindungsgemäß verbesserten
Fraktioniersäule bilden, können durch eine entsprechende
Reihe von Abstandstücken, die durch Schweißen, Anschrauben, Verspannen o.dgl. an den Kegelstumpfgliedern befestigt sind,
im gewünschten Abstandsverhältnis zueinander gehalten werden. Auf ähnliche Weise kann die Umverteilungsvorrichtung
in der Säule durch Anbringung an Halterungen o.dgl. Einrichtungen, die an der Säulen-Innenwand angebracht sind,
gehaltert sein.
Ersichtlicherweise kann in einer einzigen Fraktioniersäule
mehr als eine Umverteilungsvorrichtung vorgesehen sein, um
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den Rückfluß an mehreren Übergangsstellen zwischen verschiedenen
Durchmessern zu verteilen. Die Zahl dieser Vorrichtungen wird nur durch die Zahl der Übergangsstellen in
einem Fraktioniersystem begrenzt.
Die aus konzentrischen Kegelstümpfen bestehende Flüssigkeits-Umverteilungsvorrichtung
gemäß der Erfindung ist speziell bei Säulen großen Durchmessers von etwa 0,60 - 3,60 m anwendbar,
wobei dieser Durchmesserbereich die miteinander verbundenen Säulen verschiedenen Durchmessers einschließt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft bei Verwendung in Verbindung mit großen Säulen der oben genannten
Abmessungen, die unter niedrigen Absolutdrücken von etwa 50 mm Hg bis etwa 1 mm Hg arbeiten und bei denen
niedrige Massendurchsatzgescnwindigkeiten bzw. -durchsatzmengen von bei hohen Temperaturen von etwa 121 - 26O0C
rückfließenden, temperaturempfindlichen Flüssigkeiten vorhanden sind. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal liegt in
der Einfachheit, mit welcher ein viskoses Kondensat wegen seiner gleichmäßigen, unbehinderten Abwärtsströmung an
den Kegelstumpfgliedern ohne weiteres umverteilt werden kann..
Als weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleisten
die zahlreichen Kegelstumpfglieder große Dünnschicht-Benetzungsflächen
zur Begünstigung einer zusätzlichen Fraktionierung. Wiederverdampfte Dämpfe können frei im
Gegenstrom durch vergleichsweise enge, konzentrische Ringräume im Umverteiler nach oben strömen und damit schnell und
leicht einen Gleichgewichtszustand mit den abwärts strömenden Flüssigkeitsdünnschichten erreichen.
Das Konstruktionsmaterial für die Kegelstumpfglieder ist nur bezüglich seiner Empfindlichkeit gegenüber der zu fraktionie-
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renden Flüssigkeit Einschränkungen unterworfen. Die Werkstoffe können Metallblech, dichten Maschendraht oder
Schichten davon, Kunststoff, Holz oder andere zweckmäßige .Materialien oder Kombination solcher Werkstoffe umfas- .
sen.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Umverteilungsvorrichtung
bietet zahlreiche spezielle Vorteile, die sich wie folgt zusammenfassen lassen:
(a) Die Vorrichtung gewährleistet eine gleichmäßige Umverteilung des Rückflusses im Gleichgewichtzustand mit
Dampf aus einer Säule eines bestimmten Durchmessers zu einer Säule eines anderen, entweder größeren oder kleineren
Durchmessers, so daß der Packungsbereich in der unteren Säule gleichmäßig benetzt wird.
(b) Das Problem einer Verstopfung wird vermieden, weil die herabströmende, aufgefangene Flüssigkeit einfach längs
der hindernisfreien Schrägflächen der einzelnen Kegelstumpfglieder zum darunterliegenden Abschnitt herabfließt.
(c) Die Verweilzeit ist bei niedrigen Flüssigkeits-Massendurchsatzmengen
kurz, was speziell bei unter stark reduziertem Druck und mit Eiohen Temperaturen arbeitenden
Säulen großer Abmessungen vorteilhaft ist, bei denen " eine Produktzersetzung berücksichtigt werden muß.
(d) Die durch die zahlreichen konzentrischen Kegelstümpfe gebildete große Oberfläche wirkt als große Fallschicht-Kontaktierungsgrenzfläche
zwischen dem hochsteigenden Dampf und der abwärts strömenden Flüssigkeit, wodurch
eine weitere Fraktionierung gewährleistet wird. Infolge-
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dessen kann in der unteren Säule weniger Packungsmaterial
verwendet werden als es anderenfalls erforderlich wäre.
(e) Die Flüssigkeitsumverteilung läßt sich entsprechend der Geometrie und der Größen oder Abmessungen der verwendeten
Säulen durch die Zahl, den Kegelwinkel, die Oberfläche land den Ringflächenbereich zwischen den Kegelstumpf
gliedern der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne
weiteres steuern.
Im folgenden sind Konstruktion und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Fraktioniersäule in Verbindung mit verschiedenen speziellen AusfUhrungsformen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Fraktioniersäule oder -kolonne mit Merkmalen nach der Erfindung. Bei der in Fig.1
dargestellten Fraktioniersäule ist eine im wesentlichen zylindrische obere Säule 2 größeren Durchmessers mit einer
im wesentlichen zylindrischen unteren Säule 3 kleineren Durchmessers über eine Verbindungs- oder Übergangsmuffe 5
verbunden. Die Längsachse der Kombination liegt im wesentlichen in einer lotrechten Ebene. Die Säule weist einen
Heizmantel 7 auf, der durch ein heißes Strömungsmittel wie Dampf o.dgl. oder aber elektrische Heizeinrichtungen
oder andere passende Einrichtungen beheizt werden kann, welche zur Vermeidung von Värmeverlusten Wärme unter kontrollierten
Bedingungen zuzuführen vermögen. In der oberen Säule 2 ist ein Bereich einer vergrößerten Berührungsoder Kontaktierungsfläche 4, üblicherweise als Packung oder
Packungsbett bezeichnet, vorgesehen. Ein Einlaß 6 ist unter dem Packungsbereich 4 der Säule 2 und oberhalb des Übergangs
zwischen den Säulen 2 und 3 angeordnet, und dieser Einlaß dient zur Einspeisung des in der Säulenanordnung zu
fraktionierenden Dampfes. Im Oberteil der Säule 2 sind ein
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Einlaß 11 zur Rückführung von Rückflußkondensat zu einem
Flüssigkeitsverteiler 13 und von dort zum Packungsbereich 4
sowie ein Auslaß 12 vorgesehen, über den die Dämpfe zu einer Einrichtung zum Kondensieren dieser Dämpfe abgeführt werden.
In der unteren Säule 3 sind ein Packungsbereich 4a, ein Einlaß 8 für den wiederverdampften Rektifizier- bzw. Abtriebsdampf und ein Auslaß 10 zum Abführen von flüssigen Bodenfraktionen
aus der Säule vorgesehen.
Die Umverteilungsvorrichtung 14 besteht aus einer Anzahl
von konzentrisch angeordneten, kegelstumpfförmigen Gliedern
17, die im wesentlichen koaxial zur Längsachse der Säulen 2 und 3 und in umgedrehter, d.h. kopfstehender
goemetrischer Form angeordnet sind. Die IMverteilungsvorrichtung
14 ist praktisch an der Übergangsstelle 5 angeordnet, wobei der größte oberseitige Durchmesser der Kegelstumpfglieder
17 des Umverteilers 14 im wesentlichen dem Innendurchmesser der Säule 2 entspricht, während der größte
Durchmesser 16 der unteren Flüssigkeit-Ablaufkante der Kegelstumpf
glieder 17 im wesentlichen dem Innendurchmesser der Säule 3 entspricht, jedoch kleiner ist als dieser
Durchmesser. Die Vorrichtung 14 wird durch am Umfang angeordnete Haltelappen 20 in ortsfester Lage gehalten, welche
dauerhaft an der Vorrichtung 14 angebracht sind. Die Haitelappen
20 sind fest an umfangsmäßigen Stützlappen 21 am Innenumfang der Säule 2 gehaltert.
Die in Fig. 1 dargestellte spezielle Ausführungsform ist in
einer besonderen Vorrichtung zur Umverteilung des vom Packungsabschnitt 4 der Säule 2 herabfallenden Kondensats
verkörpert, wobei das Kondensat von einer Vielzahl von Ringöffnungen 15 (nur teilweise gekennzeichnet) an der Oberseite
der Kegelstumpfglieder 17 aufgefangen wird, die durch deren
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Ränder gebildet werden. Das aufgefangene Kondensat fließt an den Kegelstumpfgliedern 17 herab und läuft von deren Unterkanten
16 ab, so daß eine Reihe von kreisförmigen Flüssigkeit- Rieseistranimustern 18 mit abnehmenden Durchmessern
auf der Oberseite der Packung 4a in der engeren Säule 3 gebildet wird. Die Siededämpfe steigen vom Packungsabschnitt
4a nach oben und treten durch die Ringöffnungen 15 hindurch, wobei ein Gleichgewichtszustand zu dem über die
Glieder 17 abwärts strömenden Kondensat eingestellt wird.
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung der Umverteilungsvorrichtung
14, die aus einer Anzahl der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Kegelstumpfglieder 17 besteht,
nur mit dem Unterschied, daß in Fig. 2 zur Vereinfachung der Darstellung weniger Kegelstumpfglieder eingezeichnet
sind. Aus der perspektivischen Darstellung von Fig. 2 sind außerdem die in Fig. 1 nicht dargestellten,
die Kegelstümpfe halternden Abstandstücke 22 zwischen diesen Kegelstumpfgliedern ersichtlich, welche letztere in Abhängigkeit
von der jeweils gewünschten Ringfläche in einem vorbestimmten Abstand voneinander halten und als Träger für
die verschiedenen Kegelstümpfe dienen. Die Abstandstücke bilden eine zusätzliche Oberfläche zur Einstellung des
Gleichgewichtszustandes zwischen dem abwärts strömenden Flüssigkeitsfilm und den hochsteigenden Dämpfen. Bei der
dargestellten Ausführungsform sind die am Umfang befindlichen
Haltelappen 20 an der Oberseite der Umverteilungsvorrichtung
angeordnet.
In den Fig. 1 und 2 ist eine spezielle Ausführungsform der
Umverteilungsvorrichtung 14 gezeigt, bei welcher die Kegelstumpfglieder umgedreht bzw. kopfstehend angeordnet sind,
um den Rückfluß gleichmäßig von einer Säule 2 eines bestimmten Durchmessers auf eine Säule 3 eines kleineren Durchmessers
umzuverteilen.
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Ersichtlicherweise kann eine gleichmäßige Umverteilung von einer oberen Säule kleineren Durchmessers auf eine untere
Säule größeren Durchmessers dadurch erreicht werden, daß die Umverteilungsvorrichtung 14 in nicht kopfstehender, d.h.
gegenüber den Fig. 1 und 2 umgedrehter Lage angeordnet wird. In diesem Fall befindet sich der Abschnitt kleineren
Durchmessers, der Umverteilungsvorrichtung an der Oberseite, so daß er das abwärts strömende flüssige Kondensat auffängt,
welches dann an den verschiedenen Kegelstümpfen herabfließt und eine vergrößerte Fläche im Säulenabschnitt
größeren Durchmessers bedeckt.
Weiterhin ist ersichtlich, daß in einer speziellen Säulenkonstruktion
nicht nur eine einzige Umverteilungsvorrichtung vorgesehen zu sein braucht, vielmehr kann in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung erforderlichenfalls mehr als eine derartige Umverteilungsvorrichtung in einer beliebigen
Kombination von weiten auf enge Säulen oder umgekehrt vorgesehen sein. Die einzige Einschränkung wird hierbei
durch die praktische Konstruktion aufgeworfen.
Fig. 3 ist eine halbierte Aufsicht auf eine bevorzugte
Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Umverteilungsvorrichtung.
Fig. 4 ist ein Viertelschnitt längs der Linie A-A in Fig. 3 und zeigt eine Reihe von Zähnen oder Zacken 24 an
den unteren Ablaufkanten der betreffenden, im Schnitt dargestellten Kegelstumpfglieder 17. Diese an den unteren Ablaufkanten der einzelnen Glieder vorgesehenen Zähne oder
Zacken 24 begünstigen die Ausbildung eines gleichmäßigen Ablaufschemas von diesen Gliedern. Der Winkel X zwischen
diesen Zähnen liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 60 bis 120° und vorteilhafterweise bei etwa 90°. Die Absolutgröße
dieser Zähne ist für die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Umverteilungsvorrichtung nicht kritisch. Die Wahl einer bestimmten
Größe oder eines bestimmten Winkels wird durch die
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Größe des Säulensystems (Fig. 1), in welchem die Vorrichtung angewandt wird, bestimmt. Wenn der Winkel X etwa 90°
beträgt, ist die Verweilzeit der von den Spitzen der Zähne 24 herabtropfenden Flüssigkeit am kleinsten. Der Winkel X
ist jedoch keineswegs auf einen bestimmten Wert beschränkt.
Die Zähne oder Zacken 24 können in mehr als einem räumlichen Verhältnis zueinander angeordnet sein. Fig. 5 zeigt
einen Querschnitt durch ein einziges Kegelstumpfglied 17
zur Veranschaulichung von drei beispielhaften Ausbildungen. Die ausgezogene Linie 26 zeigt die Zähne als in der Projektionsebene
des Kegelstumpfgliedes liegend, mit dem sie verbunden sind. Wie durch die strichpunktierte Linie 28
angedeutet, liegen die Zähne dagegen in einer lotrechten Ebene. In besonders bevorzugter Ausfuhrungsform sind die
Zähne oder Zacken dagegen in einer der durch die gestrichelten Linien 30 angedeuteten Positionen angeordnet.
In besonders bevorzugter Ausführungsform sind die einander
benachbarten Zähne jedoch, wie durch die gestrichelte Linien 30 angedeutet, abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen
abgewinkelt. Bei Y ist der von den Zähnen gegenüber der Lotrechten in den Stellungen 30 festgelegte Winkel angedeutet.
Bei einem engen gegenseitigen Abstand zwischen den Kegelstumpfgliedern ist der Winkel Y auf einen solchen Wert beschränkt,
daß die Zähne nicht über die Ebene des jeweils benachbarten Glieds hinauszuragen vermögen. Der Winkel Y beträgt
vorteilhaft etwa 15 bis 60°, liegt jedoch vorzugsweise bei etwa 30 - 45°= Bei dieser besonders bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung kann eine maximale und gleichmäßige
Verteilung der Flüssigkeit erreicht werden,
Fig. 6 ist eine halbierte Aufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform
der Umverteilungsvorrichtung 14a, bei welcher
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die Kegelstumpfglieder vieleckigen Querschnitt besitzen. An der Oberseite der Vorrichtung sind auf Umfangsabstände verteilte
Haltelappen 20a vorgesehen. Zwischen den einzelnen Gliedern 17 sind Halterungs-Abstandstücke 22a angeordnet,
■welche die Glieder entsprechend der jeweils gewünschten Ringfläche in einem vorbestimmten Abstand voneinander halten
und gleichzeitig die verschiedenen Kegel untereinander verbunden haltern.
Fig. 7 zeigt eine halbierte Aufsicht auf eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Umverteilungsvorrichtung 14b,
bei welcher die Kegelstumpfglieder einen ausgewölbten Querschnitt besitzen. Die Haltelappen 20b und die Abstandstücke
22b erfüllen dabei die gleiche Aufgabe wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beim Fraktionieren jeder beliebigen Flüssigkeit Verwendung finden und eignet
sich besonders für große Säulen oder Kolonnen, die unter reduziertem Druck arbeiten und bei denen niedrige Flussigkeit-Massendurchsatzmengen
an temperaturempfindlichen und/ oder viskosen Stoffen im Spiel sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den weiteren Vorteil
eines vereinfachten Aufbaus und einer leichten Zerlegbarkeit für Reinigung und Wartung.
Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung vorstehend in Verbindung
mit einigen speziellen Ausführungsformen dargestellt
und beschrieben ist, sollen diese Ausführungsformen die Erfindung selbstverständlich nur erläutern und keinesfalls
einschränken, da innerhalb des Rahmens der Erfindung
zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind.
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Zusammenfassend wird mit der Erfindung somit eine Flüssigkeit-Umverteilungsvorrichtung
zur Verwendung bei einer Fraktioniersäule geschaffen, welche eine gleichmäßige Umverteilung
des Rückflusses im Gleichgewichtszustand zum Dampf von einer Säule eines bestimmten Durchmessers zu
einer einen Packungsabschnitt aufweisenden Säule eines unterschiedlichen
Durchmessers gewährleistet. Die erfindungsgemäße Umverteilungsvorrichtung weist eine Anzahl von an
der Übergangsstelle zwischen den Säulenteilen unterschiedlichen Durchmessers angeordneten, konzentrischen Kegelstumpfgliedern
auf und gewährleistet im Betrieb von Fraktioniersäulen oder -kolonnen großer Abmessungen, die
unter reduziertem Druck und mit niedrigen Flüssigkeit-Massendurchsatzmengen
arbeiten, besondere Vorteile.
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Claims (10)
1. Fraktioniersäule mit zwei miteinander verbundenen Abschnitten
unterschiedlicher Durchmesser, in die an der Übergangsstelle zwischen den beiden Abschnitten eine
Flüssigkeit-Umverteilungsvorrichtung eingebaut ist, welche die Rückflußflüssigkeit aus dem Oberteil der
Säule auffängt und den Rückfluß auf die Oberseite der in dem unter der Umverteilungsvorrichtung befindlichen
Säulenabschnitt vorgesehenen Packung umverteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit-Umverteilungsvorrichtung
(14) aus einer Anzahl konzentrischer, kegelstumpfförmiger Glieder (17) mit
jeweils praktisch gleicher Höhe besteht, die praktisch koaxial zur lotrechten Achse der Säule (2, 3) angeordnet
sind und deren Basen bzw. Grundflächen in einer gemein-. samen Ebene liegen und zum Säulenabschnitt mit dem
größeren Durchmesser hin gerichtet sind.
2. Fraktioniersäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der obere Säulenabschnitt
einen kleineren Durchmesser besitzt als der untere Säulenabschnitt und daß die kegelstumpfförmigen
Glieder in normaler Lage bzw. aufrechtstehend angeordnet sind.
3. Fraktioniersäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Säulenabschnitt
einen größeren Durchmesser besitzt als der untere Säulen-
A09842/072S
abschnitt und daß die kegelstumpfförmigen Glieder in
umgekehrter Lage bzw. kopfstehend angeordnet sind.
4. Fraktioniersäule nach Anspruch 1, dadurch g e kennze
ichnet , daß die kegelstumpfförmigen Glieder jeweils einen vieleckigen Querschnitt besitzen.
5. Fraktioniersäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen
Glieder jeweils einen etwa muschelartig ausgewölbten Querschnitt besitzen.
6. Fraktioniersäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen
Glieder jeweils eine kegelförmige Projektionsfläche besitzen.
7. Fraktioniersäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen
Glieder an ihren unteren Flüssigkeit-Ablaufkanten ausgezackt
bzw. zahnförmig ausgebildet sind.
8. Fraktioniersäule nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Zacken oder Zähne
in der Projektionsebene des betreffenden kegelstumpfförmigen Glieds liegen.
9. Fraktioniersäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne oder Zacken
in einer praktisch lotrechten Ebene angeordnet sind.
409842/0725
10. Fraktioniersäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zacken oder Zähne
jeweils abwechselnd gegenüber der Lotrechten in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt sind.
409842/0725
I Ä ·♦
Leerse ite
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