DE3041351A1

DE3041351A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung eines rektifikationsverfahrens

Info

Publication number: DE3041351A1
Application number: DE19803041351
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. 5064 Rösrath Markfort
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1980-11-03
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE3041351C2

Description

Vorrichtung zur Durchführung eines Rektifikationsverfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines nicht -adibaten Rektifikationsverfahrens, bei dem Dephlegmationswärme von der Verstärkungssäule an die reiche Lösung und~ Austreiberwärme von der armen Lösung an die Abtriebssäule überträgt gen wird.
Das Rektifikationsverfahren entspricht einem älteren Vorschlag des Anmelders (P 28 00 247.3), in dem unter anderem die Nutzung der Wärmekapazitäten von reicher und armer Lösung zur Verbesserung des exergetischen Wirkungsgrades des Verfahrens beschrieben wurde.
Ein weiterer Vorschlag des Anmelders (P 28 49076.8) führt diesen Gedankengang dahingehend weiter, daß die Verstärkungssäule mit dem Lösungsrekuperator thermisch gekoppelt wird, wobei die überschießende Wärmekapazität der reichen Lösung zur Aufnahme der Dephlegmationswärme genutzt wird. Außerdem wird die arme Lösung, gemäß dem zitierten Vorschlag, entlang der Abtriebssäule zurückgeführt und überträgt sensible Wärme an diese.
Die technische Realisierung einer Rektifiziereinrichtung entsprechend den bekannten Vorschlägen führt nicht zwangsläufig zu einer optimalen Anordnung, hierzu sind einige weitere Randbedingungen in geeigneter Weise in das Konzept einzuarbeiten.
Zunächst sind zum Ausgleich lokaler Wärmebilanzen über die Länge der Rektifiziersäule zusätzlich externe Wärmequellen bzw. -Senken in den gesamten Wärmetransportvorgang einzubeziehen.
Sodann ist der Tatsache Rechnung zu tragen, daß der hohe exergetische Wirkungsgrad des Verfahrens nur durch Wärmeübertragung bei geringen Temperaturdifferenzen erhalten bleibt, was notwendigerweise direkten Einfluß auf die Größe der wärmeübertragenden Obetflächen hat.
Darüberhinaus ist zu berücksichtigen, daß die lokale Rektifikationswirkung maßgeblich durch den Temperaturgradienten von der Dampfzur Flüssigkeitsphase beeinflußt wird, dieser also im Rahmen der Gegebenheiten möglichst groß sein sollte.
Der Erfindung lieqt also die Aufgabe zugrunde, unter Einbeziehung externer Wärmequellen bzw. -senken, eine Optimierung der Baugröße vorzunehmen und durch entsprechende Deeinflussung des lokalen Temperaturgradienten eine Unterstützung der Rektifikationswirkung herbeizuführen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rektifiziersäule als Strömungskanal ausgebildet wird, der im Bereich der Verstärkungssäule sowohl mit dem Strömungskanal der reichen Lösung als auch mit dem der armen Lösung in direktem thermischen Kontakt steht wobei von der Flüssikeitsphase bedeckte Kanalwandteile an den Kanal der reichen Lösung und von der Dampfphase beaufschlagte Kanalwandteile an den Kanal der armen Lösung grenzen, die ihrerseits ebenfalls thermisch gekoppelt sind- der im Bereich der Abtriebssäule sowohl mit von der Flüssigkeitsphase als auch von der Dampfphase beaufschlagten Kanalwandteilen in thermischem Kontakt zum Kanal der armen Lösung steht, und wobei weitere Kanalbegrenzungswände thermisch an externe Wärmequellen /-senken gekoppelt sind.
Die Ausbildung der Rektifiziersäule als Strömungskanal ergibt eine wesentliche Vergrößerung des Volumen/Oberflächen-Verhältnisses, wodurch die Möglichkeiten zu verbessertem Wärmetransport geschaffen werden. Um eine Trennung von Flüssig- und Dampfphase zu erzielen, ist der Strömungskanal zumindest teilweise horizontal oder annähernd horizontal zu führen. Die untere Kanalwand dient dann gleichzeitig als Verteilungsoberfläche für die Flüssigphase und als Wärmeübertragungsfläche - in der Verstärkungssäule zur Kühlunglin der Abtriebssäule zur Beheizung der Flüssigphase.
Die obere Kanalwandung überträgt Wärme von der armen Lösung an die Dampfphase, wobei gleichzeitig der Temperaturgradient in der Verstärkungssäule von der Dampf- zur Flüssigphase eingestellt wird.
Da außerdem erfindungsgemäß die arme Lösung direkt Wärme an die reiche Lösung überträgt, stellt sich die Wärmestromdichte an den einzelnen Oberflächen entsprechend der, herrschenden Temperaturdifferenzen jeweils optimal ein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt in vorteilhafter Weise gleichzeitig den üblicherweise vorzusehenden Lösungsrekuperator, da dieser in die Vorrichtung integriert ist.
Eine bevorzugte Bauausführung der Rektifikations-Vorrichtung (Fig.1) sieht eine spiralförmige Anordnung der Strömungskanäle vor, wobei ein 3-gängiges Wendelrippenrohr 2 zusammen mit einem Hüllrohr 1 den die Rektifiziersäule bildenden Kanal 3, den unterhalb dieses Rektifizierkanals 3 verlaufenden Kanal 4 der reichen Lösung und den oberhalb dieses Rektifizierkanals 3 verlaufenden Kanal 5 der armen Lösung bildet, das Hüllrohr 1 dient dabei gleichzeitig als Kanalwand externer fluider Wärmequell bzw. -senkenströme, und wobei die Abtriebsäule (unterhalb der Linie A-A) durch Zusammenführen des Rektifizierkanals 3 mit dem Kanal 4 der reichen Lösung aus der Anordnung der Verstärkungssäule (oberhalb der Linie A-A) entsteht.
Neben der Verwirklichung der Wärmeübertragung zwischen maximal fünf beteiligten Fluiden weist die beschriebene Bauausführung den Vorteil auf, daß die Abmessungen sehr flexibel unterschiedlichen Auslegungsbedingungen angepaßt werden können und durch Parallelanordnung mehrerer gleichartiger Bauteile auch größere Mengenströme verarbeitet werden können.

Claims

Patentansfriiche Vorrichtung zur Durchführung eines nicht-adi2baten Rektifikationsverfahrens, bei dem Dephlegmationswärme von der Verstärkungssäule an die reiche Lösung und Austreiberwärme von der armen Lösung an die Abtriebssäule übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rektifiziersäule als Strömungskanal ausgebildet wird, der im Bereich der Verstärkungssäule sowohl mit dem Strömungskanal der reichen Lösung als auch mit dem der armen Lösung in direktem thermischen Kontakt steht- wobei von der Flüssigphase bedeckte Kanalwandteile an den Kanal der reichen Lösung und von der Dampfphase beaufschlagte Kanalwandteile an den Kanal der armen Lösung grenzen, die ihrerseits ebenfalls thermisch gekoppelt sind- der im Bereich der Abtriebssäule sowohl mit von der Flüssigphase als auch der Dampfphase beaufschlagten Kanalwandteilen in direktem thermischen Kontakt zum Kanal der armen Lösung steht, und wobei weitere Kanalbegrenzungswände thermisch an externe Wärmequellen/-senken gekoppelt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle spiralförmig angeordnet sind, wobei ein 3-gängiges Wendelrippenrohr (2)- zusammen mit einem Hüllrohr (1) den die Rektifiziersäule bildenden Kanal (3), den unterhalb des Rektifizierkanals (3) verlaufenden Kanal (4) der reichen Lösung und den oberhalb des Rektifizierkanals (3) verlaufenden Kanal (5) der armen Lösung bildet, das Hüllrohr (1) dient gleichzeitig als Kanalwand externer fluider Wärmequell bzw. -senkenströme, und wobei die Abtriebssäule durch Zusammenführen des Rektifizierkanals (3) mit dem Kanal (4) der reichen Lösung aus der Anordnung der Verstärkungssäule entsteht.