DE3526079A1 - Anlage zur thermischen behandlung von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten durch Prozesse der Destillation und/oder Absorption und/oder Reaktion mit gleichzeitigem Stoff- und Wärmeaustausch gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 29 14 101 ist eine nach dem Prinzip der kontinuierlichen Gegenstrom-Treibdampfdestillation arbeitende Anlage zum Desodorieren und/oder Entsäuern von hochsiedenden organischen Verbindungen, insbesondere Speiseölen, Estern und/oder hochmolekularen Kohlenwasser­ stoffen bekannt, in der die zu desodorierende und/oder zu entsäuernde Flüssigkeit bei Unterdruck als Fallfilm auf einen Fallfilmverdampfer mit vertikalen Strömungs­ kanälen aufgegeben wird und Trägerdampf von niedrigem Molekulargewicht, z.B. Wasserdampf, im Gegenstrom zur flüssigen Phase durch den Fallfilmverdampfer geleitet wird.

Diese bekannte Anlage wurde mit dem Ziel entwickelt, den Treibdampfbedarf gegenüber bekannten Anlagen dieser Art zu reduzieren und die thermische Belastung von Speise­ öl, zu dessen Behandlung die Anlage bevorzugt eingesetzt wird, im Hinblick auf die besondere thermische und oxidative Empfindlichkeit der natürlichen Ölstabilisatoren so gering wie möglich zu halten. Ferner soll mit der bekannten Anlage eine bessere Wärmerücktauschmöglichkeit zwischen ab- und zulaufender Flüssigkeit erreicht werden. Der Energiever­ brauch und der für die Behandlung von Palmöl angegebene Treibdampfbedarf von 7-8 kg/to sind noch verhältnismäßig hoch, und auch die thermische Belastung ist im Hinblick auf die angestrebte Haltbarkeit der Ölprodukte zu groß.

Eine weitere durch die DE-PS 32 27 669 bekannte An­ lage dieser Art mit mehreren hintereinander arbeitenden und untereinander in Dampf- und Flüssigkeitsleitung stehen­ den Fallfilmverdampfern wurde mit der Zielsetzung entwickelt, in einem einzigen fortlaufenden Verfahrensablauf den Anteil an freien Fettsäuren und anderen Leichtsiedern im Endprodukt auf wenigstens 0,03 Gew.-% abzusenken, dabei den Treib­ dampfbedarf gegenüber der aus der DE-OS 29 14 101 bekannten Anlage noch weiter zu verringern und den Gesamtenergiebedarf pro Tonne Fertigöl erheblich abzusenken. Diese bekannte Anlage mit mindestens zwei in getrennten Kolonnen einge­ bauten Fallfilmverdampfern ist baulich sehr aufwendig.

Bei diesen bekannten nach dem Prinzip der kontinuier­ lichen Gegenstrom-Fallfilm-Treibdampfdestillation arbei­ tenden Desodorieranlagen wird der Flüssigkeitsfilm über die gesamte Länge einem Wärmestrom ausgesetzt, der durch ein von außen aufgezwungenes Temperaturfeld erzeugt wird. Unter der Wärmeeinwirkung werden die leichtsiedenden An­ teile der zu behandelnden Flüssigkeit der Filmoberfläche zugeführt, an der sie verdampfen und in dauerndem Kontakt mit dem gegenströmenden Treibdampf kommen, der sich von unten nach oben mit den Leichtsiedern weitgehend aufsättigt.

In derartigen Desodorieranlagen, mit denen gute Er­ gebnisse erzielt wurden, ist es möglich, 0,2 bis 0,4 theo­ retische Trennstufen je Meter Rohrlänge zu erreichen.

Der wesentliche Nachteil der bekannten Destillieran­ lagen ist in dem großen Anlagenvolumen zu sehen, das durch die für eine gute Trennwirkung erforderliche große Bauhöhe der Fallfilmkolonnen in der Größenordnung von 10 Metern bedingt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Anlage zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten derart weiterzuentwickeln, daß bei einem wesentlich verkleinerten Anlagenvolumen nahezu die gleiche Leistung bei gleicher Qualität der erzeugten Produkte erzielt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Anlage mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage, die z.B. als Destillier­ kolonne betrieben wird, wird durch eine ungeordnete Füllkörper­ schüttung oder geordnete Kolonnenpackungen in der Destillationszone im Zusammenwirken mit dem von außen über die Wärmeaustauschelemente innerhalb der Füllkörperschüttung bzw. den geordneten Kolonnenpackungen aufgezwungenen Temperaturfeld eine ausgezeichnete Trennwirkung erzielt, die eine erhebliche Verkleinerung der Bauhöhe der Füllkörperdestillationskolonne gegenüber den bekannten Fallfilmdestillationskolonnen und aufgrund des verringerten Anlagenvolumens eine Verminderung der Investitionskosten gegenüber leistungsgleichen mit Fallfilmkolonnen arbeitenden Anlagen ermöglicht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage im einzelnen erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 den Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, die als Destillierkolonne betrieben wird,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die obere Lage der Destillierkolonne nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Lage einer zweiten Ausführungsform der Kolonne zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten,

Fig. 4 einen Längsschnitt der Lage nach Fig. 3,

Fig. 5 und 6 lagenweise Längsschnitte zweier weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kolonne und die

Fig. 7 und 8 einen Querschnitt und einen Längsschnitt durch eine Lage einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne.

Die nach dem Prinzip der kontinuierlichen Gegenstrom- Treibdampfdestillation arbeitende Anlage nach den Fig. 1 und 2 zum Abtrennen von leichtsiedenden Anteilen von Ölen, Fetten und anderen hochsiedenden Flüssigkeiten weist eine Kolonne 1 auf mit einer Zuleitung 2 im Kolonnenkopf 3 für die zu behandelnde Flüssigkeit, einer Aufgabevorrich­ tung im Form eines Verteilerbodens 4 im Kolonnenkopf 3 für die Flüssigkeit, einer unterhalb des Verteilerbodens 4 befindlichen Destillierzone 5, einer Treibdampfzuführung 6 und einer Ableitung 7 für das Raffinat im Kolonnensumpf 8 sowie mit einer Ableitung 9 für das Gemisch aus Treibdampf und den abgetrennten leichtsiedenden Anteilen im Kolonnen­ kopf 3.

Die Destillierzone 5 enthält eine ungeordnete Füllkörper­ schüttung 10. Als Füllkörper werden vorzugsweise im Handel erhältliche Körper aus geeignetem Material verwendet.

In die Füllkörperschüttung 10 sind Wärmeaustausch­ elemente 11 eingebettet, die als über den Kolonnenquer­ schnitt verteilte und sich in Richtung der Kolonnenlängs­ achse 12-12 erstreckende Doppelmantelheizrohre 13 aus­ gebildet sind.

Die Doppelmantelheizrohre 13 sind in übereinander angeordneten und gegeneinander versetzten Lagen 14 in die Destillierzone 5 eingebaut.

Die Heizrohre 13 der einzelnen Lagen 14 werden durch ein flüssiges oder dampfförmiges Heizmedium aufgeheizt, das über eine Verteilerleitung 15 zugeführt und eine Sammel­ leitung 16 abgeführt wird, wobei bei der Verwendung eines Heizdampfes das Kondensat über die Sammelleitung 16 abge­ leitet wird. Die Eintrittstemperatur des Heizmediums in die Kolonne 1 wird je nach Wärmebedarf von Lage zu Lage 14 unterschiedlich oder gleich geregelt.

Der Kolonnenmantel 17 ist im Bereich der Destillier­ zone 5 als Heizmantel ausgebildet.

Anstatt mit ungeordneten Füllkörpern kann die Destillier­ zone 5 der Kolonne 1 mit geordneten Kolonnenpackungen aus Blech oder Gewebe gefüllt werden. Ferner kann abweichend von der beschriebenen Destillierkolonne die Destillierzone 5 abwechselnd Lagen 14 mit integrierten Wärmeübertragungs­ elementen 11 und solche ohne Wärmeübertragungselemente enthalten. Schließlich könen auch elektrisch beheizte Wärmeaustauschelemente 11 eingesetzt werden.

Bei der Kolonnenführung nach den Fig. 3 und 4 sind die Wärmeaustauschelemente 11 als Doppelmantelheizrohre 18 mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet, die konzentrisch zur Kolonnenlängsachse 12-12 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine Kolonnenausführung mit vertikal ange­ ordneten Heizkerzen 19 und Fig. 6 eine Ausführung mit horizontal ausgerichteten Heizkerzen 19 als Wärmeaus­ tauschelemente. Durch die Bezugsziffern 19 ^I und 19 ^II in den Fig. 5 und 6 sind schräge Anordnungen der Heiz­ kerzen 19 verdeutlicht.

Als Wärmeaustauschelemente können ferner zwei- oder dreidimensional angeordnete Heizschlangen oder Heiz­ spiralen zum Einsatz kommen.

Schließlich können die vorbeschriebenen Wärmeaus­ tauschelemente zur Verbesserung des Wärmeübergangs Heiz­ rippen aufweisen.

Die Destillierkolonne 1 nach den Fig. 1 und 2 arbeitet wie folgt:

Die zu behandelnde Flüssigkeit, z.B. vorbehandeltes Speiseöl, gelangt mit einer Temperatur unterhalb des Zersetzungsbeginns über die Zuleitung 2 auf den Verteiler­ boden 4 im Kolonnenkopf 3, in dem ein Unterdruck herrscht.

Das Öl fließt im Gegenstrom zu dem über die Zuführung 6 im Kolonnensumpf 8 eingeleiteten Treibdampf, vorzugs­ weise Wasserdampf, durch die Destillierzone 5 mit der ungeordneten Füllkörperschüttung 10, in die die Doppel­ mantelrohre 13 in übereinander angeordneten und gegenein­ ander versetzten Lagen 14 eingebettet sind. Das sich im Kopf 3 der Kolonne 1 ansammelnde Gemisch aus Treibdampf und aus dem Öl abgetrennten freien Fettsäuren und anderen Leichtsiedern, wie z.B. Geruchsstoffen, wird über die Ableitung 9 abgezogen und in einen nicht dargestellten Kondensator eingeleitet. Das sich im Kolonnensumpf 8 ansammelnde gereinigte Öl wird über die Ableitung 7 entnommen.

Die vorbeschriebene Kolonne kann ferner zur Behandlung von fließfähigen Stoffen durch Prozesse der Absorption oder Reaktion und gemischte Behandlungsprozesse eingesetzt werden, die in der Kolonne exotherme oder endotherme Reak­ tionen in Gang setzen, wobei die entstehende oder fehlende Wärme durch die Wärmeaustauschelemente ab- oder zugeführt wird.

Die Kolonne nach den Fig. 7 und 8 enthält eine geord­ nete Füllkörperpackung, deren übereinander angeordnete Lagen 14 aus Segmentfüllkörpern 20 zusammengesetzt sind. Die Segmentfüllkörper 20 sind von Lage zu Lage 14 um 90° gegeneinander verdreht in der Kolonne eingebaut. Zwischen den einzelnen Segmentfüllkörpern 20 der einzelnen Lagen 14 sind plattenförmige Heiz- bzw. Kühltaschen 21 eingebaut.

Ferner können Kolonnen mit mehreren übereinander angeordneten Behandlungszonen zum Einsatz kommen, wobei die zu behandelnde Flüssigkeit durch eine Aufgabevorrichtung im Kolonnenkopf und ggf. weitere Aufgabevorrichtungen zwischen den einzelnen Behandlungs­ zonen in die Kolonne eingeleitet werden kann.

Claims (17)

1. Anlage zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten durch Prozesse der Destillation und/oder Absorption und/oder Reaktion mit gleichzeitig stattfindendem Stoff- und Wärmeaustausch, wobei die Anlage eine Kolonne aufweist mit einer Zuleitung im Kolonnenkopf für die zu behandelnde Flüssigkeit, einer Aufgabevorrichtung im Kolonnenkopf für die Flüssigkeit, mindestens einer unterhalb der Aufgabevorrichtung befindlichen Behandlungszone, einer Zuführung für ein gasförmiges Medium und einer Ableitung für die behandelte Flüssigkeit im Kolonnensumpf sowie mit einer Ableitung für das gasförmige Medium im Kolonnenkopf, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Behandlungszone (5) in Füllkörper integrierte Wärmeaustauschelemente (11) zur Zu- oder Abführung von Wärmeenergie je nach Art des thermischen Behandlungsprozesses enthält.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ungeordnete Füllkörperschüttung (10) innerhalb der Behandlungszone (5).

3. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Füllung der Behandlungszone (5) mit geordneten Packungen aus Blech oder Gewebe.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch einen Einbau der Wärmeaustauschelemente (11) über den Kolonnenquerschnitt in übereinander angeord­ neten und gegeneinander versetzten Lagen (14).

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszone (5) abwechselnd Lagen (14) mit integrierten Wärmeaustauschelementen (11) und solche ohne Wärmeaustauschelemente enthält.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch Doppelmantelheizrohre (18) mit unterschied­ lichen Durchmessern, die zur Kolonnenlängsachse (12-12) konzentrisch angeordnet sind.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch über den Kolonnenquerschnitt verteilte und sich in Richtung der Kolonnenlängsachse (12-12) erstreckende Doppelmantelheizrohre (13).

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch vertikal angeordnete Heizkerzen (19).

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch horizontal eingebaute Heizkerzen (19).

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch Heizkerzen (19) mit einer Schrägstellung zur Vertikalen bzw. Horizontalen.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch vertikal angeordnete Heiztaschen (21).

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von zwei- oder dreidimensional angeordneten Heizschlangen oder Heizspiralen.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von gerippten Wärmeüber­ tragungselementen.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Kolonnenmantels (17) als Heizmantel.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Aufheizung der Wärmeaustausch­ elemente (11) und des Kolonnenmantels (17) mit einem flüssigen oder dampfförmigen Heizmedium.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch elektrisch beheizte Wärmeaustausch­ elemente (11).

17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Temperaturregelung für die Wärmeaustauschelemente (11) jeder Lage (14) innerhalb der Behandlungszone (5).