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Destillier-, Gaswasch- u. dgl. Kolonne mit wagerechten Siebböden.
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Die bisher belsannten Kolonnen zum Destillieren, Waschen von Gasen
oder für ähnliche Zwecke mit wagerechten Siebböden haben gewöhnlich den Mangel,
daß die von den aufsteigenden Dämpfen oder Gasen in Schwebe über den Siebböden gehaltenen
Flüssigkeitsmasseh durch die Sieblöcher zurücksinken und ablaufen, sobald der Strom
der Dämpfe bzw.
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Gase vorübergehend aussetzt oder erheblich nachläßt, wodurch mitunter
die ganze Kolonne
leerlaufen kann. Besonders störend ist ein solcher
Vorgang bei Rektifikationskolonnen, wo die Flüssigkeit für die sämtlichen Siebböden
durch Rückflußkühlung aus Konldensaten der Dämpfe selbst gebildet wird Lind daher
nach ihrem Verschwinden nicht sogleich beim Wiederhochkommen von D)mpfen ersetzt
werden kann, Wenn man zur Behebung des geschilderten Mangels unter dem durchlöc,
herten Siebboden einen zweiten Boden ohne Locher anbringt, so kann man durch letzteren
wohl die etwa zurücksinkende Flüssigkeit abfangen und vor gänzlichem Hindurchfallen
bewahren. Derartig konstruierte Kolonnen zeigen aber Mängel und Unvollkommenheiten
namentlich bezüglich der Leistungsfähigkeit, und Schwierigkeiten hinsichtlich der
Einhaltung eines glatten und störungsfreien Betriebes, insbesondere gerade dann,
wenn einmal der Dämpfestrom ausgesetzt hatte und sie der einsetzt bzw, überhaupt
bei der Inbetriebsetzung einer schon mit Flüssigkeit angefüllten Kolonne.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die zuletzt geschilderten
Schwierigkeiten bei Kolonnen mit wagerechten Siebbölen und unter diesen angeordneten
Flüssigkeitsauffangböden dadurch bedingt sind, daß nach dem einmal eingetretenen
Anfüllen des Zwischenraumes zwischen den beiden Böden mit zurückgesunkener Flüssigkeit
eine geregelte und ordnungsmäßige Verteilung von frisch ankommenden dämpfen bzw,
Gasen unterhalb der einzehlen Siebböden verhin4ert bleibt deshalb, weil die in den
Dämpfeverteilraum eingedrungene Flüssigkeit allein durch den Druck der frischen
Dämpfe nicht weggedrängt werden kann'. Die spezifisch viel leichteren Dämpfe versuchen
naturgemäß, in diesem Verteilraum nach oben zu streben, also sich unter dem Siebboden
entlang zu zwängen und üben dabei auf die Flüssigkeit, die ohnehin wegen ihrer größeren
Schwere nach unten strebt, einen nach unten gerichteten Druck aus; diesem letzteren
kann aber die Flüssigkeit nicht nach, geben und ausweichen, weil sie ja durch den
Auffangboden gehalten wird.
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Das Ergebnis dieses Vorganges ist eine daurende Störung der Dämpfeverteilung
durch die in dem Verteilungsraum angesammelte und nicht daraus entfern ! bare Flüssigkeit.
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Zur Beseitigung dieses Mangels wird nun nach der Erfindung bei Kolonnen
mit wagerechten Siebböden unter jedem Siebboden ein Becken zum Auffangen von etwa
zurücksinkender Flüssigkeit in solcher Anordnung vorgeschen, daß der tiefste Teil
des Beckens durch einen Flüssigkeitsumgang mit dem Flüssigkeitsraum oberhalb des
Siebbodens in Verbindung steht. Auf der Grundlage dieses Erfindungsgedankens ergeben
sich die verschiedensten Ausführungsformen, von denen einige Beispiele in den Zeichnungen
veranschaulicht sing.
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Es stellen die jeweils zusammengehörigen Abb. 1 bzw. 2 und 3, Abb.4
und 5, Abb. 6 und 7, Abb. 8 und 9 Teilstücke von Kolonnen nach der Erfindung in
senkrechtem Rehsenschnitt und einem von oben gesehenen Grun l riß dar. jede dieser
Darstellungen umfaßt im Aufriß einen einzelnen Kolonnen ring, der in üblicher Weise
zum Befestigen zweier aufcinanderfolgender, naeh der Erfindung ausgebildeter Kolonnen
böden eingerichtet ist.
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Gleichartige, einander entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsbeispiele
sind in den einzelnen Zeichnungen mit denselben Beziehungsbuchstaben bezeichnet.
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In dem durch die Abb. 1, 2 und 3 veranschaulichten ersten Beispiel
ist die Abb. 1 ein Schnitt nach der Linie A-B, die Abb, 2 ein rechtwinklig dazu
stehender Schnitt nach der linie C-D der Grundrißabbildung 3. Es ist a der Kolonnenring
mit den beiden Innenflanschen b, b, die zum Befestigen zweier Rolonn enböden dienen.
Jeder Kolonnenboden besitzt als Hauptteile den wagerechtenm Siebboden c und den
darunter angeordneten, undurchlöcherten Boden d, der als Auffangbekken ausgebildet
ist. Zu (diesem Zweck besitzt Ider Boden d in der Mitte den in üblicher Weise hochgeführten
Stutzen f, und der Siebboden c eine entsprechende, den Stutzen f umgebende Haube
e. Xahe dem Umfang, außerhalb der von dem Unterboden d umschlos= senen Fläche, befindet
sich der Flüssigkeitsüberlauf h, dessen unteres Ende in die Flüssigkeitsschicht
des nächsttieferen Kolonnenbodens eintaucht, Außerdem sind nun (vgl.
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Abb. 2) Flüssigkeitsumgänge i vorgesehen, die hier als Siphon- oder
Tauchverschlüsse ausgebildet und in der Weise angeordnet sind. daß sie den tiefsten
Teil des Auffangbeckens d mit der Oberseite des Siebbodens c verbinden. Der ganze,
aus den Teilen c c, ci, f, h und i bestehende Kolonnenboden ist dabei als cin zusammenhängend4es
Materialstück gedacht.
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Im normalen Dauerbetrieb treten die von unten her aufsteigenden Dämpfe
bzw. Gase durch den Stutzen f und die Haube e in den Verteilraum unterhalb des Siebbodens
c hinein und werrden durch die Sieblöcher des Bodens c gleichmäßig in die auf ihm
lagernde Flüssigkeitsschicht verteilt. Bei richtiger Anpassung der durchzutreibenden
Dämpfe menge an die Zahl und Größe der Sieblöcher wird dabei die Flüssigkeit über
dem siebboden durch den unter ihm herrschenden Dampfdruck in Schwebe und der Raum
unter dem Siebboden frei von Flüssigkeit gehalten.
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Die von oben her durch die Kolonne herab
nachkommende
Flüssilgkeit fließt dann durch den Überlauf h, der über dem Siebboden eine konstante
Flüssigkeoitsstandhöhe aufrecht erhält, nach dem nächsttieferen, Kolonnenboden ab.
Wenn vorübergehend einmal der Strom der Dämpfe bzw, Gase unterbrochen wird, so sinkt
die über dem Siebboden c stehende Flüssigkeit durch die Sieblöcher in das aus den
Teilen cd und f gebildete Auffangbecken zurück und füllt dann den raum zwischen
den Böden c und d ganz aus. Setzt nun später der Dämpfestrom wieder ein, so drücken
die in die Haube e eintreten, den Dämpfe die zurückgesunkene Flüssigkeit zunächst
durch die Sieblöcher über den Siebboden c zurück, solange, bis frische Dämpfe sich
unter dem Siebboden c entlang zu verbreiten beginnen; von da an list ein weiteres
Verdrängen von Flüssigkeit aus dem Zwischenraum zwischen den Böden c und cd heraus
aufwärts durch c hindurch nicht mehr möglich. Es treten nunmehr die als Siphon-
oder Tauchverschlüsse ausgebildeten. Flüssigkeitsumgänge i in wirksamkeit und ermöglichen
das Zurücktreten sämtlicher noch übrig gebliebener Flüssigkeit aus dem auffangbeckend
in den Flüssigkeitsraum oberhalb des Siebbodens c hinein. Nachdem schließlich wieder
Gleichgewicht eingetreten ist, ist das Auffangbecken ci vollständig leer von Flüssigkeit,
der Verteilraum für die Dämpfe also wieder ganz frei, und in dem Tauchverschluß
i nimmt die Flüssigkeit eine Stellung, wie in Abb, 2 gezeichnet, ein, Es ist hiernach
epkennbar, daß der Tauchverschluß eine Tiefe haben muß, die nor= malerweise das
Übertreten von Dämpfen verhindert, und ebenso, daß der Flüssigkeitsumgang i zwieckmäßig
an den tiefsten Teil des Becloens d anzuschließen list.
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Die Ausführungsform nach den Abb. 4 und 5 besitzt gegenüber dem vorbeschri-ebenen
Beispiel als Besonderheit eine eigenartige Anordnung und Ausbildung des Flüssigkeitsumganges
bzw, Tauchverschlusses i in Verbindung mit dem flüssigloeitsüberlauf h. Der leichteren
Herstellung wegen werden hierbei die beiden Boden, c und d als gesonderte Teile
vorgesehen, die am Umfang durch eine Flanschdichtungsfläche mit einander verbunden
sind, die eignetümlichkeit dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Flüssigkeitsüberlauf
und der als Tauchverschluß ausgebildete Flüssigkeitsumgang Jconzentrisch ineinandergebaut
sind, Zu diesem Zweck wird (vgl. Abb. 4) aus dem Uberlaufrohr h und dem stutzenartig
ihn umgebenden Mantel i ein an den Boden d sich anschließender ringförmiger Tauchtopf
gebil'det, lin dessen Ringraum hinein die stutzenartige Ausstülpung k des Sileblbodens
c herunternagt. Wie die Abb. 4 erkennen läßt, bilden dann die Teile h, i und k einen
Tauchverschluß von derselben wirkung wie die Tauchverschlüsse i nach Abb. 2, nur
daß derselbe im vorliegenden Fall in ringförmiger Gestalt den Flüssigkeitsüberlauf
h konzentrisch umgibt. Diese Konstruktion firat gegenüber der erstlidh beschriebenen
den Vorteil, daß der Flüssigkeitsüberlauf h, indem er it dem Unterboden ci ein zuzusammenhängendes
Stück bildet, durch die von Sieblöchern eingenommene grundfläche des Siebbodens
c an beliebiger Stelle hindurchragen kann, also nicht unbedingt außerhalb des Umkreises
der Sieblöcherfläche liegen muß. Dadurch läßt sidh ein größerer Teil der ganzen
Kolonnengrundfläche für die Anbringung von Sieblöchern und demgemäß für die Dämpfeverteilung
verwerten. Außerdem wird das Herstellen und Einbauen der ganzen Kolonnenböden vereinfacht
und verbessert Die Ausführungsform nach den Abb. 6 und 7 geht wieder von dem Grundgedanken
des erstbeschriebenen Beispiels nach den Abb. 1, 2 und 3 ans, daß für jeden Kolonnenboden
der Flüsigkeitsüberlauf und der als Tauchverschluß ausgebildete Flüssigkeitsumgang
gesonderte teile sind ; die allgemeine Anordnung und Gestaltung sind aber demgegenüber
wesentlich verschieden und neuartig. Hier wird zunächst Idier Siebboden c beckeuförmin
gestaltet, so daß also die Slieblöcherplatte vertileft gegeniiber dem ringsumlaufenden
Auflageflansch Indes Bodens angeordnet ist, und das Auffangbecken d umschließt rings
den beckenförmig vertieften Siebbodien c in der Weise, wie es aus Abb. 6 resichtlich
ist. Die Befestigung des Bekkens d geschieht beispielsweise durch drei iim Umkreis
angeordnete Stützfüße s, die sich auf den Rand des nächsttieferen Siebbodens c aufsetzen.
Im übrigen steht Idias Becken d völlig frei. Der als Flüssigkeitsumgang wirkende
Tauchverschluß ist in der Mitte der Kolonne angebracht und hat die Gestalt eines
Tauchtopfies ; er besteht aus dem mit dem Boden d zusammenhängenden Topf i und dem
in letzteren von oben hineinragenden Rohrsttzen 1 des Siebbodens c. Der freie Ubertrittsquerschnitt
des Tauchverschlusses 1 nach der Obers'eite des Siebbodens c hin wird nach dem Zeichnungsbeispiel
durch mehrere kleine Kanäle oder Löcher m gebildet, die von ungefähr gleicher Größe
wie die siebbodenlöcher sein sollen und ebenfalls in deren Ebene liegen, Der besondere
Zweck dieser Einrichtung wird noch weiter unten erläutert werden, D'er Überlauf
h sitzt nahe dem Umfang dier Kolonne und ist mit dem Siebboden c als ein zusammenhängendes
Stück, ähnlich wie nach Abb. I, ausgebildet. Mit Rücksicht darauf, daß der Überlauf
auch außerhalb des Bekkens d sich befinden muß und letzteres den
beckenförmigen
Siebboden rings umschließen soll, wird die sonst kreisförmige Vertiefung des Siebbodens
c an der Stelle des Überlaufs It nach der Kolonnemnitte hin segmentförmig eingezogen,
wie Abb. 7 zeigt. Da min der nächsttiefere Boden gegen den vorhergehenden um 180°
verdreht steht, damit die Überläufe h von boden zu Boden einander gegenüber zu liegen
kommen, so findet jedesmal das untere Ende eines Überlaufes h genügend Platz zum
Eintauchen innerhalb der daselbst kreisförmigen Beckentläche des betreffenden Siebbodens
G vgl. den unteren Kolonnenboden in Abb. 6.
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Beim Betrieb dieser Einrichtung treten die aufsteigenden Dämpfe bzw.
Gase rings vom Umfaug her in das Becken d ein, verteilen sich unter der ganzen Grundfläche
des Siebbodens c und werden durch dessen Sieblöcher hindurch in die darüber lagernde
flüssigkeit hochgetrieben. Sollte das Becken d vor Eintritt der Dämpfe voll zurückgesunkener
Flüssigkeit gestanden haben, so wird diese beim Zutritt frischer Dämpfe durch den
Tauchverschluß i, l und die Löcher 111 in den Raum oberhalb des Siebbodens c weggedrängt,
bis der Flüssigkeitsstand in i eine Stelhung, wie in Abb, 6 gezeichnet, einnimmt.
Wenn einmal die Menge und der Druck der Dämpfe außergewöhnlich ansteigen sollten,
so daß die Tauchtiefe in i nicht mehr ausreicht und ein Übertreten von Dämpfen durch
l entsteht, so werden diese übertretenden Dämpfe immer noch durch die Löcher m ebensogut
wie durch die übrigen Sieblöcher in die Flüssigkeit über dem Siebboden c hinein
verteilt. Dadurch bleibt die Kolonne auch für stark gesteigerte Belastungen noch
betriebsfähig, ohne das Störungen oder unvollkommenes Arbeiten zu befürchten sin4.
Zu erwähnen ist noch, daß bei anordnung von gegenüberliegenden Einzelüberläufen
h, wie in Abb, 6 vorgesehen, zweekmäßig in der Mitte der Kolonne unter dem Becken
d eine senkrecht zur Verbindungslinie der Überläufe stehende Ripper anzubringen
ist. welche his nahe auf den nächsttieferen Siebboden c hinab in dessen Flüssigkeitsschicht
hineintaucht. Hierdurch wird erreicht, daß der von dem einen Überlauf h herkommende
und nach dem gegenüberliegenden Überlauf hinziehende Flüssigkeitsstrom symmetrisch
nach beiden Seiten hin auseinandergeteilt und auf diese Weise über die ganze Grundfläche
des bodens geleitet wird.
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Die Vorteile der Ausführung nach den Abb, 6 und 7 bestehen in der
vollständigen ausnutzung der Siebbodengrundfläche für die Dämpfeverteilung und in
der außerordentlichen Vereinfachung der Konstruktion, Gegenüber den Ausführungen
nach Abb. i bis 5 fallen hier sowohl die Dämpfeverteilhauben c in der Mitte lder
Kolonnenböden als auch die rings um den ganzen Umfang laufende Abschlußdichtung
zwischen dem Siebboden c und dem Auffangboden d weg, Dazu kommt die äußerst bequeme
Anordnung des Tauchverschlusses i, l und die Möglichkeit. letzteren durch Anbringung
der Löcher m in Ausnahmefällen für die ordnungsmäßige Verteilung etwa überschlagender
Dämpfe mit geeignet zu machen.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 8 und 9 schließlich wird im
Gegensatz zu den bisherigen Beispielen der Flüssigkeitsumgang von der Innenseite
des Auffangbeckens nach der Oberseite des Siebbodens, statt durch einen Tauchverschluß,
durch einzelne am tiefsten teil des Beckens anschließende Kanäle oder Austrittsöffnungen
geschaffen, deren freier Querschnitt an der engsten Stelle von ungefähr gleicher
Größe wie derjenige der Siebbodenlöcher ist, Diese kleinen Kanäle oder Austrittsöffnungen
haben die Aufgabe, hn Bedarfsfall das Wegdrängen von etwa angesammelter Flüssigkeit
aus dem auffangbecken nach der Oberseite des Siebbodens hin in gleicher Weise wie
die Tauchverschlüsse der vorbeschriebenen ausführungsbeispiele zu ermöglichen, danach
aber im Dauerbetrieb als Dämpfeverteillöcher genau wie die eigentlichen Siebbodenlöcher
zu wirken, Die in Abb. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens
lehnt sich in der allgemeinen Gestaltung, wie schon der Vergleich der Zeichnungen
lehrt, nahe an das zuletzt beschriebene Beispiel der Abb. 6 und 7 an. Es ist wieder
c der beckenförmig gestaltete Sibboden mit Uberlauf h, und d das den Siebboden umschließende,
frei unter ihm hängende auffangbecken, das hier durch Verschraubungen v an ersterem
befestigt ist. In der Mitte unter dem Becken d kann dieselbe Rippe r wie nach dem
vorigen Beispiel angebracht wereden, Zur bildung des flüssigkeitsumganges erhält
der Siebboden c in der Mitte cine stutzenartige Einstülpung x, die bis auf die Bodenfläche
des Beckens d herabreicht und am unteren Ende mehrere kleine Kanäle oder Offnungen
æ von ungefähr gleicher Größe wie lie Siebbodenlöcher besitzt, Das Becken d wird
dabei zweckmäßig etwas konkav gestaltet, so daß seine Mitte die tiefste Stelle ist,
Bleim Betrieb dieser Finrichtung erfolgt die Zufuhr und Verteilung der aufsteigenden
Dämpfe durch den Siebboden c genau so, wie in dem vorbeschriebenen Beispiel nach
den Abb. 6 und 7. Das wegdrängen von etwa angesammelter Flüssigkeit aus dem Auffangbecken
d geschieht jedoch hier durch die an der tiefsten Stelle des Beckens angeordneten
Kanäle
oder Austrittsöffnungen z in. den Stutzen ; hinein und damit nach dem Raum oberhalb
des Siebbodens hin. Sobald alle Flüssigkeit aus d auf diesem Wege verdrängt ist,
treten natürlich auch die nachdrängenden Dämpfe durch die Öffnungen z hindurch.
Da diese aber von ungefähr gleicher Größe wie die siebbodenlöcher sein sollen, wipken
diese Öffnungen z auch genau wie solche, d. h. sie fügen sich ohne weiteres in den
Betrieb des ganzen Siebbodens als Dämpfeverteilev ein.
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Es ist erkennbar, daß es infolge dieser wirkungsweise auch nicht auf
absolute Dichtheit der Fuge zwischen dem unteren Rand des Stutzens x und der Bodenfläche
des Beckens d ankommt, weil etwaige geringe Undichtigkeiten genau so wie doie kleinen
Öffnungen z wirken würden. Es wird bei dieser Konstruktion nutzbringender Gebrauch
von der Erscheinung gemacht, daß bei einem gegebenen Überdruck durch eine kleine
Öffnung in der Zeiteinheit eine vielfach größere Masse an flüssigen stoffen als
an gas- bzw, dampfförmigen übergetrieben werden kann. Die vorteile der zuletzt beschriebenen
Konstruktion bestehen in weitestgehender Einfachheit und in dem Wegifall des Tauchverschlusses,
dem zufolge auch in der Erweiterung des Gebietes der zulässigen Dampfdrücke und
des Leistungsbereichs der Kolonne. Damit wird naturgemäß auch die Betriebssicherheit
bed'eutend erhöht.