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Verfahren und Vorrichtung zur fraktionierten Kondensation von Mineralöldämpfen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fraktionierten
Kondensation von Mineralöldämpfen in einer Kolonne, welche muldenförmige Prallplatten
enthält, über welche das Kondensat kaskadenartig abwärts läuft und dabei auf ihnen
mit den aufwärts strömenden Dämpfen und Gasen in Berührung kommt, während immer
ein Teil der Kondensate aus verschiedenen Höhen der Kolonne entnommen wird.
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Das neue Verfahren besteht darin, daß die den in der Kolonne aufwärts
strömenden zu : ildämpfen entgegen strömenden und auf den einzelnen Prallplatten
mit diesen in Berührung gebrachten Kondensate mit gleichförmiger Geschwindigkeit
über die einzelnen Prallplatten geführt werden, wobei eine Regelung der Strömungsgeschwindigkeiten
der Kondensate auf den einzelnen Prallplatten durch entsprechende Einstellung der
Länge des Weges der Kondensate auf den einzelnen Prallplatten, z. B. durch den Weg
der Kondensate verlängernde Einsatzstücke, bewirkt werden kann.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der neuen Vorrichtung
beispielsweise mehr oder weniger schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Fig.
I einen Turm zur fraktionierten Kondensation von Mineralöldämpfen, Fig. 2 ein Schema
der Flüssigkeitsmenge in den verschiedenen Teilen des Turmes, Fig. 3 ein Schema
der Verhältnisse des Volumens des Wasserdampfs zu dem des Öls, Fig. 4 einen schaubildlichen
Querschnitt durch die Fraktionierkolonne mit muldenförmigen Prallplatten im oberen
Teil des Turmes nach Fig. I, Fig. 5 einen Querschnitt durch die Kolonne im Zwischenteil
des Turmes, Fig. 6 einen Querschnitt eines Teiles des Turmes unmittelbar über dem
Öleinlaß, Fig. 7 einen Querschnitt durch den unteren Teil des Turmes, Fig. 8 eine
Teilansicht eines Teiles des Turmes, Fig. g einen Querschnitt nach Linie 9-9 der
Fig. I und 8, Fig. 10 einen Querschnitt nach Linie I0-I0 der Fig. I und 8.
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Der Turm besteht aus einem senkrecht angeordneten zylindrischen Gehäuse
10 und enthält eine Fraktionierkolonne mit einer Anzahl horizontal angeordneter,
muldenförmiger Prallplatten, die allgemein mit I2 bezeichnet sind und verschiedener
Art sein können.
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Die in dem Turm 10 zu fraktionierenden tWldämpfe werden mittels einer
Leitung Iq aus einem Destilliergefäß bzw. Erhitzer 13 entnommen. Die Dämpfe werden
aus dem oberen Teil des Turmes durch eine Leitung I5 abgezogen und in eine Kühlschlange
16 kondensiert, wobei ein Teil des tWlkondensates durch die Leitung I7 und Pumpe
I8 in den oberen Teil des Turmes oberhalb der oberen muldenförmigen Prallplatten
gepumpt wird und dann über die Fraktionierkolonne mit den muldenförmigen Prallplatten
kaskadenartig,
den aufwärts steigenden heißen Dämpfen entgegen,
abwärts läuft. Der Wasserdampf wird vom Erhitzer 13 durch das RohrIg und die Zweigrohre20,
2I, 22 und 23 in verschiedene Teile des Turmes, wie in Fig. I dargestellt, eingeführt.
Ein Teil der Kondensate bzw. die Zwischenfraktionen werden aus verschiedenen Höhen
der Kolonne des Turmes 10 mittels der Leitungen 23, 24 und 25 entnommen, während
die Rückstände durch das Rohr 26 abgezogen werden. Abflußverbindungen, die allgemein
mit der Bezugszahl 27 (Fig. 8) bezeichnet sind, verbinden die übereinander angeordneten
Gruppen der muldenförmigen Prallplatten, die im folgenden kurz mit Siedemulden oder
Mulden bezeichnet werden: Jede Mulde trägt eine Kondensatmenge, deren Höhe durch
die Höhe einer Überflußkante 28 oder einer anderen, ähnlichen Vorrichtung zur Regulierung
des Kondensatsspiegels bestimmt ist. Die verlängerten Teile 29 haben aufwärts gerichtete
Seitenkanten, um zu verhindern, daß die Flüssigkeit abwärts fließt, und sind ferner
mit Kappen 30 versehen, die abwärts gerichtete Kanten besitzen, die in die Flüssigkeit
in der Mulde reichen. Die aufwärts durch den Turm streichenden Dämpfe strömen durch
die Öffnungen zwischen den Kappen und den Seirenkanten und durch die Flüssigkeit
in den Mulden.
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An verschiedenen Stellen im Turm sind Skrubber vorgesehen, die bei
3I in Fig. 8 angedeutet sind. Die abwärts laufenden Kondensate werden oberhalb jedes
Skrubbers durch einen einstellbaren Schieber 32 geteilt, wobei sie an dieser Stelle
zum Teil in den Skrubber laufen und zum Teil durch Nebenverbindungen 33 in eine
Mulde unter dem Skrubberteil geleitet werden. Eine innere Leitung 34 erlaubt das
Aufwärts strömen der Öldämpfe hinter dem Skrubberteil. Die Dämpfe werden durch die
Leitung 21 in den Skrubberteil eingeführt, und das Kondensat wird aus diesem durch
die Leitung 24 abgezogen.
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Fig. 2 zeigt ein Schema, welches roh den Betrag der Kondensate im
Turm in den verschiedenen Höhen desselben angibt, und zwar unter angenommenen Bedingungen
von in der Kolonne nicht kondensierten Dämpfen und 3 Fraktionen von 360/0, I2010
und 60/o.
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Die durch die Leitung 17 strömenden Kondensate stellen einen großen
Prozentsatz der Gesamtflüssigkeit im Turm dar. Ein großer Teil der Kondensate läuft
über die Mulden im oberen Teil des Turmes, wo jedoch auch ein großer Teil wieder
verdampft, so daß im Ergebnis einschließlich des Abflusses eines Teiles des Kondensates
durch die Leitung 23 die Menge so verringert wird, daß diejenige Menge, die über
die Mulden zwischen den Abzugsleitungen 23 und 24 fließt, ein Drittel der Menge
im oberen Teil des Turmes ist. In gleicher Weise wird die Menge des Kondensates,
die über die Mulden unter der Abzugsleitung 24 und über dem Öleinlaß 14 strömt,
sehr verringert. Es findet an allen Punkten des Turmes eine Kondensierung statt,
so daß ein Mengenunterschied auf allen Siedemulden vorhanden sein kann. Im allgemeinen
wird jedoch die Anderung der Menge an der Stelle des Abzuges dem in Fig. 2 dargestellten
Schema im wesentlichen entsprechen.
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Wenn die gleiche Art Siedemulden in allen Teilen des Turmes verwendet
wird, und zwar mit derselben Anzahl Öffnungen und demselben Querschnitt der Öffnungen,
ist der Strom durch die Mulden von viel größerer Geschwindigkeit an der obersten
Platte, und es kann in Ubereinstimmung mit den angenommenen Bedingungen die Geschwindigkeit
des Kondensatstromes über die Mulde in der Nähe des Dämpfeeinlasses I4 ein Sechstel
oder weniger der Geschwindigkeit in der obersten Mulde sein. Die unterste Mulde
befindet sich in der höchsten Temperaturzone, und die Geschwindigkeit des Kondensates
auf dieser muß daher groß sein.
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Um die Strömung der Kondensate über die Mulden möglichst gleichmäßig
zu machen, werden Mulden von gleich großem Gasdurchlaß verwendet, jedoch sind diese
Mulden für verschiedene Höhen des Turmes verschieden konstruiert, um die Querschnittsfläche
des Weges des Kondensatstromes ändern zu können, d. h. um eine Verringerung der
Strömungsgeschwindigkeit infolge der geringen Flüssigkeitsmengen in den unteren
Teilen des Turmes zu verhindern. Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen dies schematisch.
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Mit Bezug auf Fig. 3 ist zu bemerken, daß das Dämpfevolumen im Turm
oberhalb des Einlasses praktisch gleichbleibt. Dieses Volumen ist am Fuß des Turmes
etwa Io bis 150/0 geringer als am oberen Ende und hat mehr Neigung, konstant zu
bleiben, wenn bei der Destillation Wasserdampf verwendet wird. Der Wasserdampf tritt
am Fuß des Turmes, z. B. mit 4000 C, mit einem verhältnismäßig großen Volumen ein
und verläßt den Turm, z. B. mit I500 C, mit einem verhältnismäßig kleinen Volumen.
Die ö1-dämpfe treten bei 400" mit einem verhältnismäßig kleinen Volumen ein, da
am oberen Ende des Turmes die leichteren Fraktionen in Verbindung mit dem leichten
Rückfluß ein verhältnismäßig großes Volumen haben. Berücksichtigt man das Volumen
des Wasserdampfes und das der dämpfe, so kann angenommen werden, daß das Volumen
am Fuß
des Turmes etwas geringer als am oberen Ende ist. Während
dieses Volumen In01, geringer als am Fuß des Turmes sein kann, wird die Menge des
Rückflusses, die durch die unterste Mulde fließt, um annähernd 8 0/o geringer gewählt
als die Menge des Rückflusses, der über die oberste Mulde fließt.
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Die Durchlaßfläche kann im niedrigsten Teil des Turmes im Verhältnis
zu dem verringerten Flüssigkeitsstrom nicht verringert werden, da hier eine ungenügende
Durchlaßfläche vorhanden sein würde, um das Dampfvolumen zu meistern. Folglich wird
eine gleich große bzw. im wesentlichen gleich große Durchlaßfläche aufrechterhalten
und die Querschnittsfläche für den Strom geändert.
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In Fig. 4 hat die dargestellte Mulde eine Anzahl paralleler, verlängerter
Öffnungen.
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Das Kondensat fließt auf die Mulde über Verbindungsstücke 27a und
strömt in einer Richtung über die Mulde und abwärts zur nächsten Mulde über Verbindungsstücke
27.
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Die Mulde I2b ist, wie Fig. 5 zeigt, mit den Weg der Kondensate verlängernden
Einsatzstücken 37, 38 und 39 zum Lenken des Stromes versehen. Wie die Zeichnungen
zeigen, wird das Kondensat, welches auf die Mulde über die Verbindungsstücke 27a
fließt, durch die Einsatzstücke 37 und 38 gezwungen, nach jeder Seite der zentralen
Öffming 29 zu fließen, doch kann es nicht unmittelbar entlang den äußeren Öffnungen
fließen. Nachdem das Kondensat nach jeder Seite der zentralen Öffnungen gelaufen
ist, wird es durch die Einsatzstücke 39 gezwungen, zurückzufließen und fließt dann
in die äußersten Öffnungen; sodann wechselt es wieder durch die Einsatzstücke 37
und 38 seine Richtung und fließt schließlich über die Verbindungsstücke 279. Auf
diese Weise wird der Strömu:;igsweg der Kondensate verlängert und die Querschnittsfläche
des Stromes umgekehrt verringert. Die Länge des Weges ist annähernd verdreifacht
und die Geschwindigkeit folglich nahezu gleich der Geschwindigkeit bei den Kopfmulden
1 2a gemacht, da das Flüssigkeitsvolumen auf annähernd ein Drittel verringert ist,
wie das im Schema der Fig. 2 gezeigt ist.
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In Fig. 6 treffen die Kondensate von dem Verbindungsstück 27a in
die Mulde I2C und laufen infolge der besonderen Anordnung der Einsatzstücke 40,
41, 42 und 43 der Reihe nach zwischen allen Öffnungen hindurch. Auf diese Weise
ist die Länge des Weges verdoppelt im Vergleich mit der Strömung über die Mulden
12b und die Geschwindigkeit wird auf einem beträchtlichen Wert gehalten, da die
Verringerung im Flüssigkeitsvolumen im wesentlichen in Übereinstimmung mit der Änderung
der Strömungsfläche ist.
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So ist ersichtlich, daß die Länge des Strömungsweges der Kondensate
auf den unteren Mulden verlängert ist, gegenüber der Länge des Strömungsweges auf
den oberen Mulden und die Querschnittsflächen umgekehrt geändert sind, um den Strom
auf den Mulden gleichförmig zu machen und den Unterschied der Flüssigkeitsmenge
in den verschiedenen Höhen des Turmes auszugleichen.