DE3100005A1

DE3100005A1 - Rektifizierkolonne

Info

Publication number: DE3100005A1
Application number: DE19813100005
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Achenbach Buschhetten GmbH and Co KG
Current assignee: Achenbach Buschhetten GmbH and Co KG
Priority date: 1981-01-02
Filing date: 1981-01-02
Publication date: 1982-08-05
Also published as: GB2090540A; DE3100005C2; FR2497464A1; JPS57135003A; FR2497464B3; IT8125676A0; IT1142127B

Description

³⁰· ^Dez· ¹⁹⁸°

Achenbach BuschhUtten GmbH, 5910 Kreuztal

Rektifizierkolonne

Die Erfindung betrifft Rektifizierkolonnen, insbesondere für Vakuumbetrieb, mit mehreren Austauschstufen zwischen Dampf und Flüssigkeit, in denen eine Sprühschicht bei mehrfacher Umwälzung der zu rektifizierenden Flüssigkeit erzeugt wird.

Für Vakuumrektifikationen insbesondere von temperaturempfindlichen Stoffen werden Rektifizierapparate mit einem minimalen Gesamtdruckverlust des Dampfes bei möglichst hoher Austauschwirkung und einer geringen Bauhöhe der einzelnen Böden sowie einer hohen Belastbarkeit gefordert. Der Druckverlust bestimmt für eine gegebene Trennaufgabe die Siedetemperatur im Sumpf oder, wenn man diese vorschreibt, die Durchsatzleistung einer Kolonne.

Die vorstehenden Forderungen für die optimale Arbeitsweise einer Rektifizierkolonne können durch die bekannten Rektifizierkolonnen klassischer Bauarten wie Glockenboden-, Siebboden- und Füllkörperkolonnen nicht erfüllt werden.

Es sind daher Rektifizierkolonnen entwickelt worden, in denen eine intensive Vermischung von Dampf und Flüssigkeit durch Versprühen der zu rektifizierenden Flüssigkeit mit Hilfe von rotierenden Einbauten bewirkt wird.

In der durch die DE-PS 971 919 bekannt gewordenen Sprühkolonne mit Dampfverdichtung und in der abgewandelten Form mit einer zusätzlichen Dampfumwälzung nach der DE-PS 1 083 784 läuft die Flüssigkeit über Einbauten in der Kolonne herab und

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fällt auf Sprühteller, die den Rücklauf zum Mantel schleudern, von wo er zum nächsten Sprühteller geleitet wird. Der aufsteigende Dampf steht mit dem Rücklauf sowohl an den festen Einbauten nach dem Prinzip der Filmkolonne als auch an den Tröpfchen der Sprühschicht und der Kaskade vom festen Teller zum Sprühteller in bekannter Weise im Austausch. Jeder Sprühteller " ist auf der Unterseite als Gebläserad ausgebildet, womit der Druckverlust, den der aufsteigende Dampf beim Durchströmen der einzelnen Stufen erleidet, ausgeglichen werden soll. Der entscheidende Nachteil dieser bekannten Sonderbauart von Rektifizierkolonnen ist darin zu sehen, daß die Austauschwirkung mit wachsendem Vakuum stark nachläßt, weil die Rücklaufmenge zum Bilden einer dichten Sprühschicht nicht mehr ausreicht.

Die Sprühkolonne mit Flüssigkeitsumwälzung nach der DE-PS 1 024 924 vermeidet diesen, Nachteil, da durch die Flüssigkeitsumwälzung in jeder Stufe eine sehr dichte und vom Vakuum unabhängige großflächige Sprühschicht geschaffen wird.

Alle erwähnten Sonderbauarten von Rektifizierkolonnen weisen die Nachteile auf, daß die Einbauten im Austauschraum der Kolonne bei Vakuumbetrieb unerwünschte Dampfdruckverluste durch Beschleunigungs- und Umwälzverluste bewirken und daß die in dem Austauschraum eingebaute Rotorwelle zum Antrieb der Sprühteller und dergleichen Sprüheinrichtungen sowie die Lagerung der Rotorwelle einem natürlichen Verschleiß unterliegen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Rotationskolonnen besteht in der schwierigen Abdichtung der Rotorwellendurchführungen in der Kolonnenwand bei hohem Vakuum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorzugsweise im Vakuumbetrieb arbeitende Rektifizierkolonne zu schaffen, die die Druckverluste der bekannten Rektifizierkolonnen vermeidet und deren Konstruktion bewegliche, einem Verschleiß unterliegende Teile überflüssig macht.

Ausgehend von einer Rektifizierkolonne der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe durch eine Rektifizierkolonne gelöst, die gekennzeichnet ist durch mit Druckflüssigkeit belieferte Sprühdüsen zur Erzeugung einer Sprühschicht in dem von Einbauten freien Austauschraum jeder Stufe sowie eine Umwälzeinrichtung mit einem Tropfenfänger für die versprühten Tropfen, einer Sammelrinne zur Aufnahme der aus den Tropfenfängern ablaufenden Flüssigkeit sowie einer außerhalb des Austauschraumes angeordneten Förderpumpe zur Belieferung der Sprühdüsen mit Flüssigkeit aus der Sammelrinne.

Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die Sprühdüsen jeder Austauschstufe, die als Flachstrahldüsen ausgebildet sind, im Mantel der Kolonne höhenversetzt eingebaut sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Sprühdüsen jeder Austauschstufe auf dem Umfang des Kolonnenmantels mit gleicher oder unterschiedlicher Sprührichtung verteilt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rektifizierkolonne sind die Sprühdüsen jeder Austauschstufe in einem gesonderten Sprührohr eingebaut, welches koaxial zur Kolonnenlängsachse angeordnet ist.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist schließlich noch darin zu sehen, daß die Rektifizierkolonne sowohl in vertikaler als auch horizontaler Bauart ausgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Rektifizierkolonne zeichnet sich gegenüber den bekannten Rektizierkolonnenbauarten durch einen minimalen Druckverlust aus, da als Durchtrittsquerschnitt für den Dampf nahezu der gesamte Kolonnenquerschnitt zur Verfügung steht. Durch den Wegfall von beweglichen, einem natürlichen Verschleiß unterliegenden Teile ist die erfindungsgemäße Rektifizierkolonne wesentlich wartungsfreundlicher als die bekannten Rotationskolonnen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von zwei in der Zeichnung schematisch dargestellten Rektifizierkolonnen veranschaulicht, wobei

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine vertikale und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine horizontale Rektifizierkolonne veranschaulicht.

Die vorzugsweise für Vakuumbetrieb bestimmte Rektifizierkolonne 1 nach Fig. 1 weist beispielsweise fünf Austauschstufen auf, in denen die als großflächige Sprühschicht 3 in einem von Einbauten freien Austauschraum verteilte, zu rektifizierende Flüssigkeit in enge Berührung mit Dampf gebracht wird.

Die Sprühschicht 3 jeder Austauschstufe 2 wird durch Flachstrahlsprühdüsen 4 erzeugt, die auf dem Innenumfang des Kolon.nenmantels 5 in verschiedenen Höhen mit radialer Sprührichtung angeordnet sind.

Der von einer nicht dargestellten Verdampfereinrichtung zugeführte Dampf tritt durch den Einlaß 6 im Bodenbereich in die Kolonne 1 ein und strömt nach Aufnahme der leichter siedenden Bestandteile aus der zu rektifizierenden Flüssigkeit in den einzelnen Austauschstufen 2 durch den Auslaß 7 aus der Kolonne 1 aus und wird anschließend in einem nicht dargestellten Rücklaufkondensator verflüssigt. Ein Teil des rückgewonnenen flüssigen Produktes wird aus dem Rücklaufkondensator in Behälter abgezogen und ein Teil tritt als Rücklaufflüssigkeit über die Zuleitung 8 in die Sammelrinne 9 der oberen Austauschstufe ein. Die zu rektifizierende Flüssigkeit wird als ZuI aufflüssigkeit über die Zuleitung 10 in die Kolonne 1 eingespeist.

Zulauf- und Rücklaufflüssigkeit werden in den einzelnen Austauschstufen durch eine Pumpe 11 aus der Sammelrinne 3 in die Flachstrahldüsen 4 gefördert, die die Flüssigkeit in radialer Richtung durch die Kolonne sprühen und in den Austauschstufen

durch ihre Höhenversetzung eine Sprühschicht bzw. Sprühzone erzeugen, die aus mehreren parallelen, in verschiedenen Richtungen verlaufenden Schichten bestehen. Der Stoffaustausch vollzieht sich in der Sprühschicht, wo der Dampf in innige Berührung mit der zu großer Austauschfläche versprühten Flüssig· keit kommt. Die Pumpen 11 fördern ein Mehrfaches der Rücklaufflüssigkeitsmenge, so daß gewährleistet ist, daß auch bei sehr geringen Rückl auf f lUssi gkei tsmengen im Vakuuiubetri eb ein dichter Sprühschleier entsteht.

Die versprühten Tropfen werden am Kolonnenmantel 5 von Tropfenfängern 12, die beispielsweise aus Drahtgewebematten bestehen, aufgefangen, und die Flüssigkeit fließt aufgrund der Schwerkraft in die Sammelrinnen 9 zurück. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit in jeder Austauschstufe 2 in einem Kreislauf mehrfach umgewälzt.

Der durch die Rücklaufflüssigkeit entstehende Oberschuß an Flüssigkeit fließt über den äußeren Oberlaufrand 9a der einzelnen Sammelrinnen 9, der niedriger ist als der innere Rand 9b, in die darunterliegende Sammelrinne 9 der nächsten Stufe 2.

Die schwerer siedenden Anteile der zu rektifizierenden Flüssigkeit werden über den Ablauf 14 aus dem Sumpf 13 der Kolonne 1 zum Teil als rUckgewonnenes flüssiges Produkt in Behälter abgezogen und zum Teil in einen nicht dargestellten Sumpfverdampfer geleitet, aus dem der erzeugte Dampf über den Dampfeinlaß 6 in die Kolonne 1 zurückströmt.

Die horizontale Rektifzierkolonne 15 nach Fig. 2, bei der Bauteile, die mit Bauteilen der vertikalen Rektifzierkolonne 1 nach Fig. 1 gleich oder ähnlich sind, durch gleich Bezugszeichen gekennzeichnet sind, arbeitet im Prinzip in gleicher Weise wie die vertikale Rektifizierkolonne. Der Rücklaufkondensator und der Sumpfverdampfer, deren Funktion bei der Erläuterung der Arbeitsweise der vertikalen Rektifizier-

kolonne 1 beschrieben ist, sind durch die Bezugsziffern 16 und 17 gekennzeichnet.

Die versprühte Flüssigkeit wird im unteren Teil der liegenden Kolonne Ib in durch Wehre 18 abgetrennten Räumen 19 aufgefangen und fließt, bedingt durch die unterschiedlichen Wehrhöhen, von einem Raum in den jeweils nächsten Raum zum Sumpf 13 der Kolonne 15 und wird von dort über den Ablauf abgezogen.

Bei der Rektifizierkolonne 15 horizontaler Bauart wird die zu rektifizierende Flüssigkeit vor dem Eintritt über die Zuleitung 10 in die Kolonne in einem dem Rücklaufkondensator 16 vorgeschalteten Vorwärmer 20 im Gegenstrom zu den von der Kolonne 15 abströmenden Kopfdämpfen erwärmt.

In Fig. 1 ist eine weitere bei größeren Kolonnendurchmessern zweckmäßige Ausführungsform der Rektifizierkolonne angedeutet, bei der die Sprühdüsen 4 jeder Austauschstufe 2 in einem gesonderten Sprührohr 21 eingebaut sind, welches koaxial zur Kolonnenlängsachse 22-22 angeordnet ist und über ein aus der Kolonne nach außen geführtes Rohr 23 an die Zulieferpumpe 11 angeschlossen ist.

Leerseite

Claims

PATENTANWALT .VV-" ·*·." V..V.:.:. 'friedr'iih-EberVStr/27

DIPL-ING. ROLF PÜRCKHAUER

D- 5900 Siegen 1

Telefon (0271) 331970 Telegramm-Anschrift: Patschub. Siegen

80 389 Pü/u

Achenbach Buschhütten GmbH ³⁰· Dezember 1980

Pa te η t a η Sj) r U_c_h_e

Γ. Rektifizierkolonne, insbesondere für Vakuumbetrieb, mit mehreren Austauschstufen zwischen Dampf und Flüssigkeit, in denen eine Sprühschicht bei mehrfacher Umwälzung der zu rektifizierenden Flüssigkeit erzeugt wird, gekennzeichnet durch mit Druckflüssigkeit belieferte Sprühdüsen (4) zur Erzeugung einer Sprühschicht (3) in dem von Einbauten freien Austauschraum jeder Stufe (2) sowie eine Umwälzeinrichtung mit einem Tropfenfänger (12) für die versprühten Tropfen, einer Sammelrinne (9) zur Aufnahme der aus den Tropfenfängern (12) ablaufenden Flüssigkeit sowie einer außerhalb des Austauschraumes angeordneten Förderpumpe (11) zur Belieferung der Sprühdüsen (4) mit Flüssigkeit aus der Sammelrinne (9).
2. Rektifizierkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (4) im Mantel (5) der Kolonne (1) eingebaut sind.
3. Rektifizierkolonne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (4) jeder Austauschstufe (2) höhenversetzt angeordnet sind.
4. Rektifizierkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (4) jeder Austauschstufe (2) auf dem Umfang des Kolonnenmantels (5) mit gleicher oder unterschiedlicher SprUhrichtung verteilt sind.
5. Rektifizierkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (4) jeder Austauschstufe (2) in einem gesonderten Sprührohr (21) eingebaut sind, welches koaxial zur Kolonnenlängsachse (22-22) angeordnet ist.
6. Rektifizierkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (4) als Flachstrahl düsen ausgebildet sind.
7. Rektifizierkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonne (1) in vertikaler Bauart ausgeführt ist.
8. Rektifizierkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine horizontale Bauart oer Kolonne (15).