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Gegenstromkolonne Die Destillation schwersiedender Flüssigkeiten erfordert
Fraktionier- bzw. Destillierkolonnen, welche den Dämpfen einen möglicht geringen
Widerstand bieten sollen, um mit einem möglichst geringen Überdruck im Destillierapparat
auszukommen, da andernfalls die Siedetemperatur noch mehr gesteigert würde. Solche
Kolonnen sind in großer Zahl bekannt, und es zählen hierzu zum Beispiel die Kolonnen,
welche mit Füllkörpern wie Ringen, Spiralen, Prismen oder anderen Einbaukörpern,
arbeiten. Meistens besitzen diese Kolonnen eine verhältnismäßig geringe fraktionierende
Wirkung, was darauf zurückzuführen ist, daß eine gleichmãßige Verteilung der Flüssigkeit
und Dämpfe über den ganzen Kolonnenquerschnitt bei diesen Füllkörpern nur unvollkommen
eintritt.
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Zur besseren Verteilung von Flüssigkeit und Dämpfen in Kolonnen dieser
Art hat man unter anderem Düsenböden (britische Patentschrift 233 878) eingebaut,
welche mit besonders geformten Löchern für Dämpfe und Flüssigkeit versehen sind
und welche diese Verteilung tatsächlich bewirken. Trotzdem besitzen die so eingerichteten
Kolonnen häufig nicht den Wirkungsgrad solcher Kolonnen, bei denen die Dämpfe auf
jedem Boden durch eine Flüssigkeitsschicht hindurchgedrückt werden, wie es beispielsweise
bei der häufig verwendeten Gloclçenkolonne der Fall ist. Diese Glockenkolonnen bieten
aber den Dämpfen einen sehr großen Widerstand, der zum Teil auf die Höhe der zu
durchdringenden Flüssigkeitsschichten der einzelnen Böden, zumTeil auf die mehrmalige
Umkehrung der Dampfrichtung in den Glokken, zum größten Teil aber darauf zurückzuführen
ist, daß bei der Glockenkolonne nur ein kleiner Teil des Kolonneuquerschnittes ausgenutzt
wird.
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Daß eine Kolonne mit Füllkörpern trotz bester Verteilung von Flüssigkeit
und Dämpfen oft nicht die gute Wirkung einer Glokkenkolonne besitzt, hängt jedenfalls
mit der Oberflächenspannung der herabrieselnden Flüssigkeit zusammen, welche den
Austritt von Dampf aus der Flüssigkeit sowie die Aufnahme der aus den Dämpfen in
Form von Neben oder feinsten Tröpfchen kondensierenden Flüssigkeit erschwert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolonnenapparat, der ähnlich
wie bei der Glockenkolonne ein Durchströmen des Dampfes durch eine Flüssigkeitsschicht
erzielt, dabei jedoch einen viel geringeren Widerstand den Dämpfen darbietet. Ferner
besitzt der Apparat den Vorteil der Düsenkolonne, die Dämpfe und die Flüssigkeit
auf den ganzen Kolonneuquerschnitt gleichmäßig zu verteilen. Erreicht werden diese
Verhältnisse in der Kolonne durch den Einbau besonders geformter Zwischenböden gemäß
der beiliegenden Zeichnung (Fig. 2 und 3), wobei Fig. 2 einen Querschnitt durch
den Boden und Fig. 3 eine Ansicht des Bodens von oben darstellt.
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Wie aus dieser Zeichnung hervorgeht, besitzen die Böden düsenförmige
Löcher, welche auf den ganzen Boden gleichmäßig g verteilt
sind.
Diese Löcher sind wie bei dem bekannten Düsenboden für die Dämpfe nach oben für
die Flüssigkeit nach unten verjüngt.
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Während bei dem Düsenboden nacb der britischen Patentschrift 233
878 der obere Rand der Dampfdüsen erhöht ist, schneiden die für den Durchlauf der
Flüssigkeit bestimmen Löcher mit der oberen Plattenebene ab, so daß sich auf dem
Boden keine Flüssigkeit ansammeln kann. Die Flfissigkeitslöcher bei der vorliegenden
Konstruktion besitzen jedoch erhöhte Ränder, welche 3 bis 10 mm höher sind als die
oberen Ränder der Dampf düsen. Die Flüssigkeit kann daher durch diese Löcher erst
dann abfließen, wenn sie auf dem Boden bis zu der oben angegebenen Höhe angestaut
ist. Dagegen liegen die Austrittsöffnungen der Dampfdüsen um 3 bis 10 mm tiefer
als der Flüssigkeitsspiegel, so daß die Flüssigkeit, solange keine Dämpfe durch
die Kolonne hindurchströmen, durch diese Dampflöcher abfließen wird.
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Treten jedoch durch die Dampflöcher die Dämpfe mit hinreichender Geschwingdig,
keit hindurch, so wird die Flüssigkeit am Durchtritt durch diese Löcher verhindert,
d. h. sie wird auf dem Boden angestaut, bis sie über die Ränder der Flüssigkeitslöcher
abfließen kann. Der durch die Dampfdüsen strömende Dampf reißt nun die Teile der
Flüssigkeit, welche über die Oberkante der Dampflöcher herabfließen wollen, mit
sich und schleudert sie in feiner Verteilung empor, wie es in Fig. 1 dargestellt
ist. Dadurch wird eine außerordentliche intensive Durchmischung von Dampf und Flüssigkeit
auf jedem Boden erzielt. Für die günstige Wirkung der Kolonne ist ausschlaggebend,
I. daß durch das Hindurchtreten des Dampfes durch die Flüssigkeitsschicht eine immer
wieder neue Flüssigkeitsoberfläche gebildet wird, so daß nicht, wie es bei der Düsenkolonne
und bei Kolonnen mit Ring-oder ähnlichen Füllungen der Fall ist, gesättigte Dämpfe
neben einer Flüssigkeit mit verhältnismäßig ruhender Oberfläche vorbeistreichen;
2. daß die Flüssigkeitsschicht, durch welche die Dämpfe hindurchtreten, sehr niedrig
gehalten werden kann, ohne daß eine Beeinträchtigung der Wirkung eintritt, so daß
die Kolonne mit verhältnismäßig geringem Widerstand arbeitet. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Datnpfes innerhalb der Dampfdüsen kann in weiten Grenzen veränderlich sein,
und es genügen, um die volle.
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Wirkung der Kolonne zu erzielen, Geschwindigkeiten von etwa 0,5 m/sek.
aufwärts.
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Für die richtige Arbeitsweise der Kolonne ist erforderlich, daß die
Flüssigkeit alle Dampfdüsen bedeckt, wozu die Böden genau waagerecht liegen müssen.
Um bei größeren Böden geringe Abweichuilgen von der waagerechten Lage unschädlich
zu machen, ist die Oberseite des Bodens durch besondere Stege oder Rippen, welche
höher als die Überlaufränder der Flüssigkeitslöcher sind, in getrennte Abteilungen
unterteilt. Diese Rippen sind in den Zeichnungen (Fig. 2 und 3) ebenfalls dargestellt.
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Die Kolonne arbeitet also ohne anderen Einbau als die eben beschriebenen
Platten, was zur Folge hat, daß die Kolonnenhöhe sehr niedrig bemessen werden kann,
ohne daß eine Beeintriichtigung der Wirkung stattfindet.
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PATENTANSPRÜCI3 : E : I. Gegenstromkolonne zur Destillation oder
Kondensation von Flüssigkeiten und zum Waschen von Gasen mit waagerecht liegenden
Zwischenböden, welche für die aufwärts steigenden Dämpfe und die abwärts fließende
Flüssigkeit getrennte, düsenartig ausgebildete Oeffnungen besitzen, die so bemessen
sind, daß die in ihnen herrschende Strömungsgeschwindigkeit einen Durchtritt in
umgekehrter Richtung verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Boden die
tiberlauföffnungen für die Flüssigkeit höher liegen als die Austrittsöffnungen der
Dampfdüsen.