DE3346125C2

DE3346125C2 -

Info

Publication number: DE3346125C2
Application number: DE19833346125
Authority: DE
Inventors: Eike Dr. 5176 Inden-Lucherberg De Barnert; Hans-Dieter 5102 Wuerselen De Hausmann
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1987-06-25
Also published as: DE3346125A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensatverteiler am Kopf einer Rektifikationskolonne, insbesondere Füllkörperkolonne, für die Trennung von Stoffgemischen mit geringen Anteilen an flüchtiger Phase, insbesondere zur Anreicherung von Tritium aus tritiumhaltigem Lithium, mit gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilten Abtropfspitzen.The invention relates to a condensate distributor on Head of a rectification column, in particular Packing column, for the separation of substance mixtures with low levels of volatile phase, in particular for the enrichment of tritium from lithium containing tritium, with evenly distributed over the column cross-section Drip tips.

Bei einem bestimmten Fusionsreaktortyp wird Tritium im Blanketmaterial (Lithium) erbrütet und muß anschließend vom Lithium abgetrennt werden. Die Abtrennung kann z. B. aus metallischem Lithium durch Anreicherung des Tritiums im Lithium von etwa 10 ppm auf etwa 1000 ppm und anschließende Permeationstrennung erfolgen. Diese Anreicherung kann durch eine Hochtemperaturdestillation erreicht werden. Einige charakteristische Daten für eine solche Hochtemperaturdestillation sind:For a certain type of fusion reactor, tritium is Blanket material (lithium) incubated and must then be separated from the lithium. The separation can e.g. B. made of metallic lithium by enriching the tritium in lithium from about 10 ppm to about 1000 ppm and subsequent permeation separation. These Enrichment can be done by high temperature distillation can be achieved. Some characteristic data for one such high temperature distillation are:

Destillationstemperatur, T1050°C Destillationsdruck, p70 Torr Bei einer Zulaufmenge z1000 g/h erhält man als
Kopfprodukt (Destillat) D5 g/h Sumpfprodukt, S995 g/h Kolonnendurchmesser, d100 mm Distillation temperature, T 1050 ° C distillation pressure, p 70 Torr With a feed rate z 1000 g / h one obtains as
Top product (distillate) D 5 g / h bottom product, S 995 g / h column diameter, d 100 mm

Eine besonders große Austauschoberfläche zwischen der aufsteigenden Dampfphase und der herabrieselnden flüssigen Phase und damit eine gute Trennwirkung haben Kolonnen mit Füllkörpern oder Packungen, die mit relativ geringem Druckverlust arbeiten und einen geringen Durchmesser haben können. Der Einsatz von Füllkörpern bzw. Packungen erfordert aber, um eine gleichmäßige Benetzung dieser Körper bzw. Packungen zu gewährleisten, eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kondensates zumindest am Kopf der Kolonne.A particularly large exchange surface between the ascending vapor phase and the trickling down liquid phase and thus have a good separation effect Columns with packing or packing with relative low pressure loss work and a low Can have diameters. The use of fillers or packs, however, requires a uniform To ensure wetting of these bodies or packs, an even distribution of the condensate as possible at least at the top of the column.

Diese Verteilung erfolgt im allgemeinen durch spezielle Flüssigkeits- bzw. Kondensatverteiler. Ein solcher Kondensatverteiler ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 33 18 063.6 beschrieben. Er hat die Form eines Behälters mit ventilgesteuertem Flüssigkeitszulauf im oberen Bereich, aus dem die Flüssigkeit über eine Mehrzahl von im wesentlichen gleichmäßig über den Boden verteilten, engen Röhrchen mit einheitlicher und lichter Weite austritt. Diese Röhrchen sind beidseits offen und ragen nach unten über den Boden so weit hinaus, daß eine Tropfenablösung ausschließlich über die Röhrchen erfolgt. Eine Befüllsteuerung sorgt dafür, daß im Betriebszustand ein Flüssigkeitspegel herrscht, der oberhalb der in den Behälter hineinragenden Enden der Röhrchen liegt.This distribution is generally done by special Liquid or condensate distributor. Such a Condensate distributor is in the older German Patent application P 33 18 063.6 described. He has the Shape of a container with valve-controlled Liquid inlet in the upper area, from which the Liquid over a plurality of essentially narrow tubes evenly distributed over the floor uniform and clear width emerges. These tubes are open on both sides and protrude down over the floor so far that droplet detachment only done over the tubes. A filling control ensures for a liquid level in the operating state prevails, the one that protrudes into the container Ends of the tube.

Der vorbeschriebene Kondensatverteiler erhält die Flüssigkeit von einem externen Kondensator, wie dies in der Rektifikationstechnik allgemein üblich ist. Das Kondensat wird also außerhalb der Kolonne gesammelt und am Kolonnenkopf aufgegeben, wo es durch den Kondensatverteiler gleichmäßig verteilt wird. The condensate distributor described above receives the Liquid from an external condenser like this in rectification technology is common. The Condensate is therefore collected outside the column and abandoned at the top of the column, where it is through the Condensate distributor is evenly distributed.

Entsprechend aufwendig ist die Apparatur.The equipment is correspondingly complex.

In der DD-PS 81 874 ist eine Einrichtung zur Kondensatabführung aus gasbeaufschlagten Wärmeübertragern offenbart. Die Einrichtung weist zur Verbesserung der Wärmeübertragung oberflächenvergrößernde Rippen auf, deren Unterkanten Abtropfstreifen aufweisen. Mit diesen Abtropfstreifen soll keine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeitsmengen erzielt, sondern ein Sammeln der kondensierten Flüssigkeit dergestalt bewirkt werden, daß es nach jedem Sammelvorgang zu einem gemeinsamen Abtropfen kommt.In DD-PS 81 874 is a device for Condensate drainage from gas-charged heat exchangers disclosed. The facility instructs to improve Heat transfer surface-enlarging ribs on whose lower edges have drip strips. With these Drain strips are not intended to evenly distribute Achieved liquid quantities, but a collection of condensed liquid such that it into a common after each gathering Drain comes.

In der DE-AS 11 12 742 ist eine Vorrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit an aufrecht stehenden Rohrwänden von Röhrenaustauschern beschrieben. Damit eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auch bei geringen Rieseldichten und damit eine gleichmäßige Filmströmung über den inneren Umfang des Rohres erreicht wird, sind in die Rohre aus Röhrenaustauschers Einsteckhülsen angeordnet, die außen mit mindestens einer schraubenförmigen Rinne versehen sind. Entsprechend dieser Zielrichtung ist eine gleichmäßige Verteilung über einen bestimmten Querschnitt nicht angesprochen.In DE-AS 11 12 742 a device for Distribution of the liquid on upright Tube walls of tube exchangers described. So that one even distribution of the liquid even with low Trickle densities and thus a uniform film flow reached over the inner circumference of the tube are in the tubes from tube exchangers arranged the outside with at least one helical groove are provided. Corresponding this goal is an even distribution across not addressed a specific cross section.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensatverteiler der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der apparative Aufwand hierfür möglichst gering gehalten wird.The invention has for its object a Condensate distributors of the type mentioned at the beginning design that the equipment effort for this as possible is kept low.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensatverteiler gleichzeitig als Kondensator ausgebildet ist und gleichmäßig über den Querschnitt verteilte, auf einheitlichem Niveau befindliche senkrechte Kühlfinger gleicher Länge mit gleichmäßig über dem Umfang verteilten Abtropfspitzen am unteren Ende umfaßt, deren jeweilige Enden einen vergleichbaren geringen Querschnitt haben sowie zumindest einen, unter wenigstens eine Abtropfspitze verfahrbaren Kondensatfänger.This object is achieved in that the condensate distributor also acts as a condenser is formed and even across the cross section distributed, at a uniform level vertical cooling fingers of the same length with evenly over drip tips distributed around the circumference at the lower end comprises, the respective ends of which are comparable have a small cross-section and at least one, under at least one drip tip can be moved Condensate trap.

Der so gekennzeichnete Kondensatverteiler sorgt für eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung der am Kolonnenkopf gebildeten Kondensate über den Kolonnenquerschnitt und ist besonders für Füllkörperkolonnen geeignet, die mit Flüssigkeitsstromdichten von f 0,75 m³/m²h arbeiten sollen. Der in die Rektifikationskolonne einbezogene Kondensator vereinigt in sich sowohl die Funktion des Kondensators als auch des Flüssigkeitsverteilers, und führt damit zu einer erwünschten Verminderung der Bauteile und Vereinfachung der Apparatur.The condensate distributor marked in this way ensures a even liquid distribution at the top of the column condensates formed over the column cross section and is particularly suitable for packed columns with Liquid flow densities of f 0.75 m³ / m²h work should. The one included in the rectification column Capacitor combines both the function of the Condenser as well as the liquid distributor, and thus leads to a desired reduction of components and simplification of the equipment.

Besondere Ausgestaltungen des Kondensatverteilers sind in den Unteransprüchen angegeben.Special designs of the condensate distributor are specified in the subclaims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen schematisch:The invention is described below with reference to Examples with reference to the attached Drawings described; it shows schematically:

Fig. 1 einen Kondensatverteiler mit zylindrischen Kühlfingern; Fig. 1 is a condensate distributor with cylindrical cooling fingers;

Fig. 2 unterschiedliche Querschnittsformen für Kühlfinger und Fig. 2 different cross-sectional shapes for cooling fingers and

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines solchen Kühlfingers. Fig. 3 shows another embodiment of such a cooling finger.

Gemäß Fig. 1 ist der Kondensator 1 am Kopf einer nicht näher dargestellten Kolonne 2 angeordnet und wird im wesentlichen durch sieben gleichmäßig über den Querschnitt verteilte Kühlfinger 3 gebildet, die auf gleichem Niveau befindlich und von gleicher Länge sind. Die Kühlfinger 3 werden durch koaxiale Rohre 4, 5 gebildet, von denen das innere Rohr 5 unten offen und das äußere unten geschlossen ist, so daß über den äußeren Ringraum zugeführtes Kühlmittel axial abfließen kann. Für den Kühlmittelumlauf sind am oberen Ende des Kondensators Stutzen 6 und 7 vorgesehen: Das über den Stutzen 6 zugeführte Kühlmittel gelangt in die Vorkammer 8 und von dort in den Ringraum der Kühlfinger 3 und strömt über die inneren Rohre 5 der Kühlfinger 3 zurück in die Sammelkammer 9 und verläßt diese über den Stutzen 7.Referring to FIG. 1, the capacitor 1 is placed on top of a column 2, not shown, and is substantially constituted by seven evenly distributed over the cross-section of the cold finger 3, which are located at the same level and of the same length. The cooling fingers 3 are formed by coaxial tubes 4, 5 , of which the inner tube 5 is open at the bottom and the outer one is closed at the bottom, so that coolant supplied via the outer annular space can flow axially. Spigots 6 and 7 are provided for the coolant circulation at the upper end of the condenser: The coolant supplied via the spigot 6 enters the prechamber 8 and from there into the annulus of the cooling fingers 3 and flows back through the inner tubes 5 of the cooling fingers 3 into the collecting chamber 9 and leaves it via the nozzle 7 .

Der sich gleichmäßig an den Oberflächen der Kühlfinger 3 niederschlagende Dampf fließt als Kondensat an den Kühlfingern 3 abwärts und verteilt sich auf die Abtropfspitzen 10 und tropft von diesen auf die (nicht gezeigten) Füllkörper bzw. Packungen der Kolonne 2. Die möglichst gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über den Kolonnenquerschnitt setzt voraus, daß das sich bildende Kondensat praktisch senkrecht nach unten abfließt, weshalb eine möglichst lotrechte Anordnung der Kühlfinger 3 der gezeigten zylindrischen Art eingehalten werden muß. Bereits Abweichungen von 2 bis 3° führen zu einer Störung des gleichmäßigen Abtropfens. Durch Querschnittsabwandlung, wie sie weiter unten beschrieben wird, kann jedoch ein gleichmäßiges Abtropfen auch bei empfindlicheren Abweichungen von der lotrechten Anordnung erreicht werden.The vapor, which is evenly deposited on the surfaces of the cooling fingers 3, flows downward as condensate on the cooling fingers 3 and is distributed to the drip tips 10 and drips from them onto the packing elements or packs of the column 2 (not shown). The most uniform possible distribution of the liquid over the column cross-section presupposes that the condensate that forms flows practically vertically downwards, which is why the cold fingers 3 of the cylindrical type shown must be arranged as perpendicularly as possible. Even deviations of 2 to 3 ° lead to a disturbance of the even dripping. By cross-sectional modification, as described below, even dripping can be achieved even with more sensitive deviations from the vertical arrangement.

Die Abtropfspitzen 10 sollten an ihrem unteren Ende einen möglichst geringen Querschnitt aufweisen, damit das abfließende Kondensat beim Abtropfen möglichst kleine Tropfen bildet. Ihre Länge beträgt vorzugsweise etwa 15 mm, sollte aber mindestens so groß sein, daß der Abtropfvorgang an einer Spitze nicht durch einen Rückstau von Kondensat an einer benachbarten Spitze beeinträchtigt wird.The drip tips 10 should have the smallest possible cross-section at their lower end, so that the draining condensate forms drops as small as possible when drained. Their length is preferably about 15 mm, but should be at least large enough that the dripping process at one tip is not impaired by a backflow of condensate at an adjacent tip.

Die Abnahme des Destillats erfolgt mittels eines Saugrohres 11 aus einem kleinen Auffangbehälter, dem "Kondensatfänger" 12, der durch Drehen um die Saugrohrachse zum Auffangen des Kondensats unter das Ende eines Kühlfingers 3 gebracht werden kann. Ein verfahrbarer Kondensatfänger 12 könnte aber auch z. B. mit einem Kondensatabfluß durch den Kolonnenmantel versehen sein.The distillate is removed by means of a suction pipe 11 from a small collecting container, the "condensate trap" 12 , which can be brought under the end of a cooling finger 3 by rotating around the suction pipe axis to collect the condensate. A movable condensate trap 12 could also, for. B. be provided with a condensate drain through the column jacket.

Der Querschnitt der Kühlfinger 3 kann abweichend von der in Fig. 1 gezeigten kreisrunden Form (Fig. 2a) auch sechs- oder mehreckig (Fig. 2b) sein oder auch, wie in Fig. 2c gezeigt ist, konkave Flächen aufweisen, wodurch ein senkrechtes Abfließen von Kondensat begünstigt wird. So sind Abweichungen der Kühlfingerachsen von der Lotrechten von etwa 10° bei Sechskantkühlfingern unschädlich und von bis zu 20° bei Kühlfingern 3 gemäß Fig. 2c. Nach Wunsch können auch allgemein elliptische Kühlfingerquerschnitte mit oder ohne besondere Gestaltung der Oberfläche vorgesehen werden.The cross-section of the cooling fingers 3 can, deviating from the circular shape shown in FIG. 1 ( FIG. 2a), also be hexagonal or polygonal ( FIG. 2b) or, as shown in FIG Drainage of condensate is favored. Thus, deviations of the cooling finger axes from the vertical of approximately 10 ° are harmless for hexagonal cooling fingers and of up to 20 ° for cooling fingers 3 according to FIG. 2c. If desired, generally elliptical cold finger cross sections with or without a special design of the surface can be provided.

Fig. 3 zeigt eine Kühlfingervariante, mit der Ungleichmäßigkeiten von Kondensatbildung und -abfluß ausgeglichen werden können: Gemäß Fig. 3 sind die Kühlfinger 3 längs ihrer (insbesondere) zylindrischen Fläche mit Schraubengängen 20 versehen, die das Kondensat zu einer Ringwanne 21 leiten, von der aus Kapillarheber 22 aus Stahldraht von etwa 1 mm Durchmesser als Abtropfspitzen ausgehen. Abweichend von der gezeigten Form könnten die Schraubengänge 20 jedoch auch einfach jeweils zu Abtropfspitzen führen. Die Steigung der Schraubengänge 20 richtet sich nach dem Kondensatangebot. Fig. 3 shows a cooling finger variant, can be balanced with the unevenness of formation of condensate and outflow: Referring to Figure 3, the cold finger 3 are longitudinally provided their (in particular) cylindrical surface with screw threads 20 which guide the condensate into an annular trough 21 from which. start from capillary lifter 22 from steel wire of about 1 mm in diameter as drip tips. Deviating from the shape shown, the screw threads 20 could also simply lead to drip tips. The pitch of the screw flights 20 depends on the supply of condensate.

Die Stirnfläche der Kühlfinger 3 ist vorzugsweise zu einer weiteren Spitze 23 ausgezogen, von der niedergeschlagenes Kondensat abtropft.The end face of the cooling fingers 3 is preferably extended to a further tip 23 , from which condensate which has precipitated drips off.

Die zweckmäßige Anzahl der Abtropfstellen, bezogen auf einen bestimmten Kolonnenquerschnitt, richtet sich nach dem zu erwartenden Angebot an Kondensat und kann durch Variation von Querschnitt und Anzahl der Kühlfinger 3 sowie Abstropfspitzen verändert werden. Zweckmäßigerweise ist daher der in Fig. 1 schematisch dargestellte Kolonnenkopf abnehmbar.The appropriate number of draining points, based on a specific column cross section, depends on the expected supply of condensate and can be changed by varying the cross section and number of cooling fingers 3 and drip tips. The column head shown schematically in FIG. 1 is therefore expediently removable.

Claims

1. Condensate distributor at the top of a rectification column, in particular packed column, for the separation of mixtures with small amounts of volatile phase, in particular for the enrichment of tritium from tritium-containing lithium, with drip tips evenly distributed over the column cross-section, characterized in that the condensate distributor simultaneously acts as a condenser ( 1 ) is formed and includes vertical cooling fingers ( 3 ) of the same length, uniformly distributed over the cross section, of uniform length and with drip tips ( 10 ) distributed uniformly over the circumference at the lower end, the respective ends of which have a comparable small cross section and at least one, below at least one drip tip ( 10 ) movable condensate trap ( 12 ).

2. Condenser according to claim 1, characterized by a polygonal cross section of the cooling fingers ( 3 ), which preferably have concave or formed as fillets side surfaces.

3. Condenser according to claim 1, characterized by cooling fingers ( 3 ) with screw threads ( 20 ) along the lateral surface, which guide the condensate to an annular trough ( 21 ) with capillary levers ( 22 ) distributed over the circumference.

4. Capacitor according to claim 3, characterized in that the capillary lifters ( 22 ) are formed by thin wire clips.

5. Condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the lower end face of the cooling fingers ( 3 ) is extended to a tip ( 23 ).