DE2413213B2

DE2413213B2 - Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von Flüssigkeit zwischen Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers innerhalb einer Fraktionierkolonne

Info

Publication number: DE2413213B2
Application number: DE2413213A
Authority: DE
Inventors: James Delvin Houston Hajek; Eugene Joseph Baytown Krizak; Earl Edwin Laporte Mcreynolds
Original assignee: Upjohn Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-19
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2413213A1; GB1453102A; NL164479B; NL164479C; USB343506I5; NL7403753A; IT1008444B; JPS49127865A; DE2413213C3; US3916021A; JPS539581B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von Flüssigkeit zwischen Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers innerhalb einer Fraktionierkolonne, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der DE-OS 2132 828 bekannten Verteilvorrichtung dieser Art wird ein gasförmiger und/oder flüssiger Medienstrom aus einem Anschlußstutzen über die gesamte innere Querschnittsfläche einer darunter liegenden, wesentlich größeren Kammer verteilt Dabei wird der Medienstrom mit hoher Geschwindigkeit oder hohem Druck auf die Oberseite von konzentrischen Verteilerkegeln aufgegeben, welche die beaufschlagenden Teile des Medienstrom radial nach außen konzentrisch ablenken, so daß eine glockenförmige Verteilung des im Bereich der Achse μ der Fraktionierkolonne zugeführten Medienstroms über das wesentlich größere untere Feststoffbett erfolgt.

Diese Verteilvorrichtung ist dabei in einem Rohr angeordnet, welches als Einschub in den Anschlußstutzen für den Medienstrom eingeführt werden kann. Die Grundkonzeption dieser Verteilvorrichtung entspricht somit denjenigen von Ablenkkörpern zur Erzeugung von Sprühkegeln.

Eine solche Verteilvorrichtung ist zwischen Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers einer Fraktionierkolonne zur Umverteilung des Kondensats nicht mit Erfolg einsetzbar; denn hierzu müßte der Kondensatstrom aus dem Fraktionierabschnitt kleineren oder größeren Durchmessers bzw. der Gasstrom aus dem Fraktionierabschnitt größeren oder kleineren Durchmessers zunächst eingeschnürt und beschleunigt werden, wobei die so erzeugten Hochgeschwindigkeitsströme dann in der Verteilvorrichtung aufeinander treffen und sich gegenseitig stören würden. Ohne eine solche Einschnürung gegebenenfalls mit gleichzeitiger Druckerzeugung ließe sich jedoch ein Absprüheffekt nicht erreichen, der die Grundlage der Konzeption der Verteilvorrichtung gemäß der DE-OS 21 32 828 ist

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verteilvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 umrissenen Gattung so auszubilden, daß an der Obergangsstelle zwischen zwei Fraktionierabschnitten einer Fraktionierkolonne eine gleichmäßige Verteilung des von oben kommenden Kondensats auf das untere Feststoffbett bei gleichzeitiger im wesentlichen störungsfreier Aufwärtsführung der Gase aus dem unteren Fraktionierabschnitt in den oberen Fraktionierabschnitt gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Dadurch, daß die Leitkörper untereinander gleiche Höhe besitzen und ihre Basen in einer gemeinsamen Ebene liegen, erfolgt eine einwandfreie Aufteilung des ankommenden Kondensatstroms in konzentrische Ringströme, deren beim Eintritt in den Bereich der Übergangsstelle vorliegende Durchmesser lediglich soweit verändert werden, daß geometrisch ähnlich am Ausgang der Übergangsstelle entsprechende Strömungsringe mit einem dem folgenden Fraktionierabschnitt angepaßten Durchmesser vorliegen, so daß wiederum der gesamte Quersci;»itt des folgenden Fraktionierabschnitts beaufschlagt wird. Der über die gesamte Querschnittsfläche des in Strömungsrichtung vorderen Fraktionierabschnitts ankommende Medienstrom wird somit am Eingang des Bereichs der Übergangsstelle in konzentrische Ringströme aufgeteilt und am Ausgang des Bereichs der Übergangsstelle in geometrisch ähnlichen konzentrischen Ringströmen abgegeben, wobei der geometrische Vergrößerungsoder Verkleinerungsfaktor dem Verhältnis der Durchmesser der beiden Fraktionierabschnitte entspricht Eine Untereinander· oder Übereinanderschichtung der Ringströme erfolgt dabei nicht Da der Durchmesser der Basis des äußersten Leitkörpers im wesentlichen dem Innendurchmesser des Fraktionierabschnittes mit größerem Durchmesser entspricht, wird der Medienstrom in dem Fraktionierabschnitt größeren Durchmessers vollständig von Verteilvorrichtung erfaßt oder bei umgkehrter Strömungsrichtung lückenlos über den gesamten Innendurchmesser dieses Fraktionierabschnitts abgegeben.

Die Verteilvorrichtung eignet sich speziell für Fraktionierkolonnen großen Durchmessers von etwa 0,60 m bis 3,60 m, insbesondere für Fraktionierkolonnen im oberen Teil dieses Durchmesserbereiches, die unter niedrigen Absolutdrücken von etwa 50 mm Hg bis etwa I mm Hg arbeiten und bei denen niedrige Massendurchsätze von bei Temperaturen zwischen etwa 121 und 260° Celsius zurückfließenden, temperaturempfindlichen Flüssigkeiten vorhanden sind. Auch viskoses

Kondensat kann wegen seiner gleichmäßigen, unbehinderten Abwärtsströroung an den Leitkörpern ohne weiteres aus einem Abschnitt der Fraktionierkolonne in einen anderen umverteilt werden. Die zahlreichen kegelstumpfförroigen Leitkörper ergeben eine große, dünne benetzte Kontaktfläche, die eine zusätliche Fraktionierung begünstigt Die Dämpfe können frei im Gegenstrom durch die vergleichsweise engen, konzentrischen Ring/äume zwischen den Leitkörpern nach oben strömen und damit schnell und leicht einen Gleichgewichtszustand mit den abwärts strömenden Flüssigkeitsschichten erreichen. Durch den gleichmäßigen Ablauf der Flüssigkeit wird das Feststoffbett in dem unteren Fraktionierabschnitt gleichmäßig mit Flüssigkeit beaufschlagt, ohne daß einerseits Trockenzonen und andererseits Naßzonen auftreten. Durch den gleichmäßigen, geschichteten Ablauf sind Verstopfungen im Bereich der Verteilvorrichtung so gut wie ausgeschlossen. Auch bei niedrigen Durchsatzmengen ist die Verweilzeit der Flüssigkeit im Bereich der Verteilvorrichtung kurz, was speziell bei unter stark reduziertem Druck und mit hohen Temperaturen arbeitenden Fraktionierkolonnen großer Abmessungen vorteilhaft ist, bei denen eine Produktzersetzung berücksichtigt werden muß. Infolge der zusätzlichen Fraktionierwirkung der Verteilvorrichtung kann weniger Material im unteren Feststoffbett verwendet werden. Durch geeignete Wahl der Anzahl der Leitkörper, des Kegelwinkels, der Oberflächengröße und der Ringfläche zwischen den Leitkörpern läßt sich ohne Probleme für jeden Einzelfall eine optimale Ausbildung der Verteilvorrichtung erzielen.

Die Unteransprüche 2 bis 8 haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsfontien näher erläutert Es zeigt

F i g. I einen die vertikale Kolonnenachse enthaltenden Längsschnitt durch eine Fraktionierkolonne mit der Verteilvorrichtung,

Fig.2 in vergrößertem Maßstabe eine perspektivische Ansicht der ausgebauten Verteilvorrichtung, wobei jedoch zur Verbesserung der Übersichtlichkeit eine gegenüber den tatsächlichen Verhältnissen verminderte Anzahl von Leitkörpern dargestellt ist «

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Hälfte der Verteilvorrichtung gemäß F i g. 2,

Fig.4 einen Schnitt gemäß Linie A-A in Fig.3 zur Veranschaulichung der Ausbildung der Ablaufkante,

Fig;.5 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt so durch den unteren Bereich einer Wand des Leitkörpers zur Veraiischaulichung der Ablaufkante mit strichpunktiert und gestrichelt eingezeichneten alternativen Ausbildungsformen,

F i g. 6 eine Draufsicht auf eine Hälfte einer anderen Ausführungsform der Verteilvorrichtung und

F i g. 7 eine F i g. 6 entsprechende Darstellung einer wiederum anderen Ausführungsform der Verteilvorrichtung.

In Fig. I ist ein Längsschnitt durch eine Fraktionier- m» kolonne veranschaulicht Die Fraktionierkolonne besteht aus einem oberen Fraktionierabschnitt 2 größeren Durchmessers und einem unteren Fraktionierabschnitt 3 kleineren Durchmessers, zwischen denen ein Übergangsabschnitt 5 i,npeordnet ist. der in der dargestellten μ Weise eine kegelstumpfförmige Wand zum Ausgleich des Durchmesseruntenjhiedes aufweist. Die Fraktionierkolonne weist einen Heizmantei 7 auf, der durch ein Heizmedium wie Dampf oder dgl, elektrische Heizung oder eine sonstige geeignete Heizeinrichtung beheizt werden kann, so daß zur Vermeidung von Wärmeverlusten eine kontrollierte Wärmezuführung gewährleistet ist Im oberen Fraktionierabschnitt 2 ist ein Feststoffbett 4 vorgesehen. Ein Einlaß 6 ist unter dem Feststoffbett 4 im oberen Fraktionierabschnitt 2 und oberhalb des Übergangsabschnitts S vorgesehen und dient zur Einspeisung des zu fraktionierenden Dampfes. Im Oberteil des Fraktionierabschnitts 2 sind ein Einlaß 11 zur Rückführung von Rückflußkondensat zu einem Flüssigkeitsverteiler 13 und von dort zum Feststoffbett 4 sowie ein Auslaß 12 vorgesehen, über den die Dämpfe zu einem Kondensator abgeführt werden. Im unteren Fraktionierabschnitt 3 sind ein Feststoffbett 4a, ein Einlaß 8 für den wiederverdampften Rektifizierdampf und ein Auslaß 10 zum Abführen von flüssigen Bodenfraktionen aus der Kolonne vorgesehen.

Eine Verteilvorrichtung 14 am Übergangsabschnitt 5 besteht aus einer Anzahl von koiUMitrisch angeordneten, kegelstumpfiormigen LeitkörpeTi Ϊ7, die im wesentlichen koaxial zur Kolonnenachse mit dem Bereich kleineren Durchmessers an der Unterseite angeordnet sind. Der größte Durchmesser der Leitkörper 17 an der Oberseile der Verteilvorrichtung 14 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser des größeren Fraktionierabschnittes 2, während der größte Durchmesser der Leitkörper 17 an der Unterseite der Verteilvorrichtung 14 im wesentlichen dem Innendurchmesser des kleineren Fraktionierabsdhnittes 3 entspricht jedoch um ein geringes Maß kleiner ist Die Verteilvorrichtung 14 wird durch am Umfang angeordnete Haltelappen 20 lagegesichert, die fest an der Verteilvorrichtung 14 angebracht sind. Auf Seiten der Kolonne sind über den Umfang verteilt Stützlappen 21 am Innenumfang des Fraktionierabschnittes 2 befestigt die zur Abstützung der Haltelappen 20 dienen.

Das aus dem oberen Fraktionierabschnitt 2 abwärts strömende Kondensat wird durch eine Vielzahl von Ringspalten 15 zwischen den Leitkörpern 17 an der Oberseite der Verteilvorrichtung 14 aufgefangen und fließt an den Flächen der Leitkörper 17 herab, bis es Ablaufkanten 16 der Leitkörper 17 erreicht und von dort abtropft so daß sich in der bei 18 schematisch veranschaulichten Weise konzentrische, eng benachbarte Abtropf- oder Rieselflächen ergeben, weiche das darunterliegende Festbett 4a gleichförmig beaufschlagen. Die Anzahl der Leitkörper 17 ist in der Zeichnung vermindert dargestellt so daß bei der in der Praxis tatsächlich höheren Anzahl von Leitkörpern 17 eine Beaufschlagung des Festbettes 4a gewährleistet ist die sowohl Trockenstellen, als auch NaGstellen sicher ausstießt. Dies ist von Bedeutung, da eine ungleichmäßige Beaufschlagung oder Benetzung des Festbettes 4a zu einem ungleichmäßigen Durchsatz über das Festbettvolumen hinweg führen würde. Im Falle von temperaturempfindlichen Flüssigkeiten kann es zur Materialzersetzung, zur Feststoffbildung und zur Verstopfung in Trockenbereichen des Festbettes kommen, in denen ein niedriger Flüssigkeitsdurchsatz erfolgt. Die Siededämpfe steigen aus dem Festbett 4a nach oben und treten durch die Ringspalte 15 hindurch, wobei sich ein Gleichgewichtszustand zu dem über die Leitkörper 17 abwärts strömenden Kondensat einstellt.

Aus der Darstellung in Fig.2 sind überdies die Leitkörper 17 halternde Abstandstücke 22 zwischen den Leitkörpern 17 ersichtlich, welche je nach den Bedürfnissen des Einzelfalles einen vorbestimmten

Abstand der Leitkörper 17 voneinander ergeben und als Träger für die inneren Leitkörper 17 dienen. Die Abstandstücke 22 bilden eine zusätzliche Oberfläche zur Einstellung des Gleichgewichtszustandes zwischen den abwärts strömenden Kondensatfilmen und den hochsteigenden Dämpfen.

Selbstverständlich kann eine entsprechende gleichmäßige Umverteilung von Flüssigkeit von einem oberen Fraktionierabschnitt kleinen Durchmessers zu einem unteren Fraktionierabschnitt großen Durchmessers einfach dadurch erfolgen, daß die Einbaulage der Verteilvorrichtung 14 gegenüber der Darstellung in F i g. I umgedreht wird, gewissermaßen also die gesamte Fraktionierkolonne gemäß F i g. 1 auf den Kopf gestellt ist

Wie aus Fig.4 ersichtlich ist, ist an den unteren Ablaufkanten 16 der Leitkörper 17 eine Reihe von Zähnen oder Zacken 24 vorgesehen. Diese Zähne oder Zacken 24 begünstigen die Ausbildung eines gleichmäßigen Ablaufes von den unteren Ablaufkanten 16. Der Winkel X zwischen den Flanken aneinander angrenzender Zacken oder Zähne 24 liegt dabei im Bereich zwischen etwa 60 und 120°, bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform bei etwa 90°. Die Größe der Zacken oder Zähne 24 ist grundsätzlich nicht kritisch. Die Wahl einer bestimmten Größe oder eines bestimmten Winkels X wird durch die Größe der Kolonne bestimmt, in der die Verteilvorrichtung 14 eingesetzt werden soll. Wenn der Winkel X etwa 90° beträgt, ist die Verweilzeit der von den Spitzen der Zähne oder Zacken 24 abtropfenden Flüssigkeit am kleinsten.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, können die Zacken oder Zähne 24 durchaus in der Ebene der Kegelstumpfform der Leitkörper 17 liegen, also mit deren Wand fluchten, was in F i g. 5 für einen mit 26 bezeichneten Zacken oder Zahn mit ausgezogenen Linien veranschaulicht ist. Alternativ können die Zähne, wie bei 28 strichpunktiert veranschaulicht ist, auch vertikal abgebogen sein. Besonders bevorzugt sind die Zacken oder Zähne jedoch, wie gestrichelt in Fig.5 bei 30 veranschaulicht ist, abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt. Dabei kann die Abwinkelung symmetrisch

in zur Vertikalen erfolgen und ausgehend hiervon jeweils über einen Winkel Y zu beiden Seiten der Vertikalen gehen. Bei einem engen gegenseitigen Abstand zwischen den Leitkörpern 17 ist der Winkel Kauf einen solchen Wert beschränkt, der verhindert, daß die Zacken oder Zähne 30 über die Ebene des jeweils benachbarten Leitkörpers 17 hinausragen. Der Winkel Vbeträgt vorteilhaft zwischen 15 und 60°, vorzugsweise zwischen 30 und 45°. In diesem Winkelbereich kann eine optimale und gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit

oder des Kondensats erreicht werden.

Bei der abgewandelten Verteilvorrichtung 14a gemäß Fig.6 besitzen die Leitkörper 17 vieleckigen Querschnitt. Zwischen den Leitkörpern 17 sind Abstandstükkc 22a angeordnet, weiche die Leitkörper 17 des

2t jeweiligen Ringes in vorbestimmtem Abstand voneinander halten und abstützen, während die gesamte Verteilvorrichtung 14 durch äußere Haltelappen 20a abgestützt wird.
Bei der wiederum anderen Ausführungsform gemäß

Fig.7 erfolgt die Abstützung entsprechend durch äußere Haltelappen 20/> und innere Abstandstücke 22b zwischen den einzelnen Leitkörpern 17. Die Leitkörper 17 besitzen einen muschelartig ausgewölbten Querschnitt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von Flüssigkeit zwischen Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers innerhalb einer Fraktionierkolonne, bestehend aus einer Anzahl konzentrischer, kegelstumpfförmiger Leitkörper, die an der Übergangsstelle der Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers der Kolonne und koaxial zur senkrechten Kolonnenachse angeordnet sind und deren Basen zum Abschnitt mit dem größeren Durchmesser gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (17) untereinander gleiche Höhe besitzen, daß ihre Basen in einer gemeinsamen Ebene liegen, und daß der Durchmesser der Basis des äußersten Leitkörpers (17) im wesentlichen dem Innendurchmesser des Fraktionierabschnitts (2) mit größerem Durchmesser entspricht

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (17) jeweils einen vielseitigen Querschnitt besitzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (17) jeweils einen muschelartigen ausgewölbten Querschnitt besitzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (17) jeweils eine in einer Ebene liegende Ablaufkante (16) besitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (17) an ihren Ablaufkanten (16) ausgezackt oder zahnförmig ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zacken oder Zähne (24) in der Wandebene des zugehörigen Leitkörpers (17) liegen.

7. Vorrichtung nach Anspruui 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne oder Zacken (24) in einer wenigstens annähernd senkrechten Ebene liegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zacken oder Zähne (24) jeweils abwechselnd gegenüber der Senkrechten in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt sind.