-
Destillations- und Rektifikationsapparat, insbesondere für alkoholische
Flüssigkeiten, mit Kompression des Dampfes. Während die Verdampfung mit mehrfacher
Wirkung verschiedener Lösungen (von Zucker-, Salz-, Glizerinlösungen usw.) erhehlicbe
Fortschritte in bezug auf den Dampfverbrauch gemacht hat, haben die Destillationsapparate
in dieser Hinsicht keine Verbesserung erfahren. Diese Apparate absorbieren beträchtliche
Mengen von Dampf. So verbraucht eine Kolonne für eine Flüssigkeit mit 5 Prozent
Alkohol 16 bis 18 kg Dampf für jeden Hektoliter behandelter Flüssigkeit, d. h. 32o
bis 36o kg je Hektoliter reinen Alkohols.
-
Ein ununterbrochen arbeitender Rektifikationsapparat verbraucht
250 kg Dampf je Hektoliter reinen Alkohols.
-
Da die latente Wärme des Alkohols nur etwa die Hälfte derjenigen des
Wassers ist, so stellen diese Ziffern gewaltige Ausgaben dar. Die ehemals durch
- die kontinuierlichen Rektifikationsapparate gegenüber den @@iichtkontinuierlichen
verwirklichte Ersparnis be-_ ruht nur auf der Kantinuerlichkeit dieser Apparate
und keineswegs auf der Anwendung neuer Prinzipien. Was die direkte Sendung der Phlegrnendämpfe
in die Rektifikationssäulen betrifft, so hat sie mir ungenügende Vorteile gebracht.
Der durch den Dampfverbrauch aufgehobene 'Nutzen hat dazu geführt, daß diese Anordnung
vielfach wieder verlassen wurde.
-
Die Kolonnen mit mehrfacher Wirkung haben früher als gut gegolten,
in der Praxis -zeigen diese Apparate aber verschiedene Yachteile und Unbequemlichkeiten,
z. ß. erfordern sie hohen Druck, große Installationskosten, mehrfache Rekuperatoren,
sind schwierig zu behandeln usw. Außerdem ist die erzielte Dampfersparnis gering,
auch ist
ilas dabei ausgeübte Verfahren für Kolonnen, die hochgrädige
Produkte liefern sollen, nicht anwendbar.
-
Die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung, «,-elche bei
der Destillation und kektifikation von Flüssigkeiten, insbesondere alkoholischen
Flüssigkeiten, Verwendung finden soll, ist für alle nichtkontinuierlichen und kontinuierlichen
Apparate anwendbar ttii,t ermöglicht eine beträchtliche Verringerung des Dampfverbrauches
der Apparate und die nahezu völlige Vermeidung des Verbrauches an Wasser.
-
Das zur @"erwirlclicliting dieser Ersparnisse angewandte Prinzip ist
die Kompression des Dampfes. Es ist zwar bei der \-er(lainpfung von Flüssigkeiten
bereits bekannt, die entstehenden Dämpfe mittels eines Kompressors abzusaugen und
in den Verdampfapparat zwecks Wärineausnutzang nieder zurückzuführen.
-
Bei Destillations- und Rektifikationsapparaten ist dieses Prinzip
aber bis jetzt nicht angewendet worden. Diese Apparate arbeiten mit offenem Kreislauf
und verlieren Kalorien im i"berfluß durch den Austritt von heißem Wasser, das von
den Kondensatoren kommt.
-
Die Apparate gemäß der Erfindung haben beschlossenen wärmetechnischen
Kreislauf, so claß die U'ärme nicht verlorengeht, sondern wiedergewonnen wird und
in den Kreislaut zurücktritt.
-
_1,itif der beiliegenden schematischen Zeichnun- zeigt Abb. r die
theoretische Anwendung des Erfindungsprinzips bei einem Destillations- und Rektifikationsapparat
mit geschlosseneni, wärmetechnischem Kreislauf.
-
Den Destillationsplatten <-1, B wird bei r die zu behandelnde Flüssigkeit
zugeführt, die nach der Entgeistung durch 2 in den Erhitzer E und durch die Röhre
3 aus den Apparat abgeleitet wird. Über :3, B sind die Konzeiitrations- und
Rektifikationsorgane C, P_ angeordnet, welche die verschiedenen Produkte bei 9,
io und ii tragen.
-
Anstatt alle Dämpfe durch 12--nach dem Kondensator zti leiten, werden
nup diejenigen, «-elche das aus dem Apparat abgezogene rektifizierte Erzeugnis bilden,
dorthin geleitet, während die entstehenden Überschüssigen Dämpfe in bekannter Weise
durch Rohr .l und den Kompressor F aufgenommen werden und durch 5 wied2r-in den
Erhitzer E zwecks Wärmeausnutzung zurückströmen. Die Kompression der Dämpfe bringt
diese auf eine solche Temperatur, daß sie leicht die erhaltenen Rückstände erhitzen
können. Die beim Erhitzen der Rückstände in E durch Kondensation entstehende Flüssigkeit
wird durch 6 nach einem Reiniger geführt und durch 7 nach den Konzentrationsorganen
zurückgebracht. Die nicht kondensierten Produkte steigen durch Rohr 8 hoch.
-
Der Kompressor F wird durch einen Dampfmotor G betrieben, der den
Dampf bei 13 erhält. Der entwichene Dampf strömt durch 14 in die Kolonne und trägt
zu ihrer Erhitzung bei.
-
Es wird möglich sein, bei Anwendung einer geringen Kompression der
Dämpfe nicht nur den Boden, sondern auch eine obere oder mittlere Stufe der Organe
.1, B und C, D zu
erhitzen.
-
Die so verwirklichte Dampfersparnis ist sehr wichtig und ändert sich
mit den besonderen Eigenschaften und mit dem entropischen Diagramm der betreffenden
Dämpfe.
-
Der Ertrag'der Kolbenkompressoren ist indessen sehr mangelhaft, und
es könnte die angegebene- Vorrichtung unter diesen Verhältnissen nur selten angewandt
werden. Außerdem überhitzen sich die Dämpfe gewisser Produkte nicht oder in ungenügender
Weise durch Kompression. Der Kolbenkompressor würde also nur in ganz besonderen
Fällen anwendbar sein.
-
Es kann infolgedessen der Fall eintreten, daß Kompressoren mit Dampfstrahl
verwendet werden müssen.
-
Andererseits aber können die Dampfstrahlkompressionsapparate für Dämpfe
von in Wasser löslichen Stoffen nicht benutzt werden. Für die anderen Stoffe, wie
Petroleum, Kohlenwasserstoffe, Benzol usw. lassen sie sich nur unter der Bedingung
benutzen, daß ein Abschäumen der Abläufe des Reinigers H vorgesehen wird, um die
rektifizierten urilöslichen Produkte von dein Wasser zu trennen.
-
Um die Anwendung von Kolbenkompressoren zu vermeiden und um die Anwendung
von Kompressoren mit Dampfstrahl für beliebige in Wasser lösliche oder unlösliche
Produkte zu ermöglichen, wird die in Abb. 2 dargestellte besondere Vorrichtung benutzt.
-
Bei Anwendung von Wasser als flüssigem Zwischenkondensat wird die
Kompression angewandt, gleichviel, welches das entropische Diagramm der behandelten
Produkte ist.
-
Die Gesamtheit der aus den Rektifika.tionsorgarlen D austretenden
Dämpfe wird nach einem selbsttätig rückläufigen Kondensator I g eleltet.
-
Dieser Kondensator von der Art der Abdampfapparate mit * Röhrenbündeln
ist dadurch eigenartig, daß der Zutritt von kaltem Wasser durch die Verdampfung
des Kondenswassers geregelt wird, wobei jedes Ausströmen von Dampf ein Fallen des
Flüssigkeitsstandes veranlaßt, der= alsbald durch entsprechenden Zulauf von kaltem
Wasser ausgeglichen
wird. In diesen Kondensator ist das Kondensationswasser
unter gegebenem Drucke im Kochen, aber nicht im Umlauf.
-
Die durch 12, ankommenden Dämpfe kondensieren sich zum größten Teil
und ergeben eine Flüssigkeit, die durch 15 nach den Rektifikationsorganen zurückgeht.
Der obere, nichtkondensierte Teil kommt durch 16 in einem Kühler h: zur Verflüssigung,
von wo er nach Abkühlung durch 17 abgeleitet wird.
-
Die in dem Kondensator I an das Wasser abgegebenen Kalorien bewirken
die Verdampfung 'dieses Wassers. Der abziehende Wasserdampf wird durch den durch
die Röhre 13 ankommenden frischen Dampf in den Strahlkompressor L eingesaugt. Das
sich dabei ergebende Dampfgemisch wird beim Austritt aus dem Kompressor komprimiert
und in den Erhitzer E geleitet, aus dem das Kondensationswasser in den Reiniger
H abläuft. Ein Teil dieses Wassers wird für die Spei-, sung des Kondensators I wiedergenommen.
-
In gewissen Fällen ist es möglich, den Erhitzer E wegzulassen und
den komprimierten Dampf unmittelbar nach B zu leiten. -Das ist immer der Fall, wenn
die aus B ausfließende Flüssigkeit reines Wasser bzw. Lutterwasser ist, wie bei
der Behandlung alkoliolischer Flüssigkeiten.
-
In anderen Fällen wird es, um eine energische Erhitzung ohne Übertreibung
der Kompression zu erhalten, nötig, den Er-' hitzer E zwischen den Organen
A, B oder C , D anzuordnen. So würde z. B. bei alkoholischen
Flüssigkeiten die von B nach A
regelmäßig abnehmende Temperatur es
nötig machen, bei Anordnung eines Erhitzers in B komprimierten Dampf zu verwenden,
dessen Temperatur viel höher ist als diejenige des Dampfes, welche nötig ist; wenn
ein Erhitzer in höherer Lage als B angeordnet wird. Ist z. -B. im unteren Teile
der Kolonne eine Temperatur von 1o3° und im oberen Teile eine solche von 8o° vorhanden,
so ist es nötig, die Temperatur im unteren Teile der Kolonne um 1o3° - 8o° = a3°
zu erhöhen. Wird nun der Erhitzer nicht unten, sondern beispielsweise an der Stelle
angeordnet, wo die Temperatur 95° beträgt, so bedarf es nur einer Erhöhung der Temperatur
um 95' - 8o° =15 °- Es wird also. in diesem Falle die Leistung erheblich
vermehrt.
-
Dieses Verfahren ist für alle kontinuierlichen und nichitkontinuierlich:en
Apparate anwendbar, und besonders-für die Destillation von alkoholischen Flüssigkeiten
mit sehr geringem Alkoholgehalt, z. B. für vergorene Papierlaugen. Bei zusammengesetzten
Apparaten können die Kompressoren den Dampf eines Organs benutzen, um ein benachbartes
Organ oder selbst einen anderen Apparat zu heizen. So kann in einem kontinuierlichen
Weinrektifikationsapparat, bestehend aus einem Reiniger, welcher die Hauptprodukte
ausscheidet, und einer den Alkohol konzentrierenden Rektifikationskolonne, ein auf
dem Kondensatbr der Kolonne angeordneter Kompressor die Heizung der Rektifikationskolonne
ermöglichen.
-
Die gewöhnlich bei den Apparaten benutzten Hilfsvorrichtungen, wie
Druckregler, Speiseregler, Kontrollapparate usw. bleiben von den neuen Einrichtungen
unbeeinflußt. Es muß noch ein Druckregler für den Kondensator vorgesehen werden,
um eine konstante Kondensationstemperatur aufrechtzuerhalten, wenn man eine möglichst
selbsttätige Arbeitsweise mit den Apparaten erreichen will.
-
In dem Falle, wo der Hauptteil -reines Wasser ist, z. B. bei der kontinuierlichen
Rektifikation von Essigsäure, kann der Kondensator ganz einfach mit Einspritzung
von kaltem Wasser arbeiten.
-
In gewissen Fällen ist es möglich, in dein Kondensator I in Wasser
unlösliche Flüssigkeiten z. B, Kohlenwasserstoffe, zu verwenden, wenn ihre Dämpfe
sich hinsichtlich der Kornpression in gleicher Weise verhalten wie Wasserdampf.
In diesem Falle muß man am Austritt des Reinigers H einen Abschäumer hinzufügen,
der das Wasser von dem unlöslichen Produkt trennt, das man in den Kondensator gibt.