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Verfahren zum Rektifizieren von Mehrstoffgemischen Zum Rektifizieren
von Mehrstoffgemischen benutzt man hauptsächlich Füllkörper- oder Bodenkolonnen.
In beiden Fällen strömen Dampf in der Kolonne von unten nach oben, während Flüssigkeit
unter der Wirkung der Schwerkraft in entgegengesetzter Richtung zurückläuft. Diese
Arbeitsweise in senkrechten Kolonnen hat al>cr den grundsätzlichen Nach teil
der schlechten Raumausnutzung, da infolge der Gefahr des Mitreißens von Flüssigkeitsteilchen
die Dampfgeschwindigkeit gering gehalten werden muß. In der Füllkörpersäule kann
sich außerdem durch die Zufälligkeiten der Füllkörperlagerung leicht eine ungleichmäßige
Flüssigkeits- und Dampfverteilung einstellen. Große Teile der Flüssigkeit und Dämpfe
strömen dann aneinander vorbei, ohne wesentlich aufeinander einzuwirken. Bei der-Boldenkolonne
sucht man diese Nachteile zu vermeiden, indem man auf den unmittelbaren Austausch
im Gegenström verzichtet und statt dessen die Kolonne in eine bestimmte Anzahl von
Austauschböden aufteilt, auf denen die Flüssigkeit mit den Dämpfen möglichst vollkommen
durchmischt wird. Beim Verlassen eines solchen Bodens müssen dann Flüssigkeit und
Dampf wieder voneinander getrennt und in entgegengesetzter Richtung, die Flüssigkeit
nach unten und der Dampf nach oben, den benachbarten Böden zugeleitet werden. Diese
Trennung, die mit der eigentlichen Rektifikation nichts zu tun hat, erfordert zusätzlichen
Energieaufwand, eine Vergrößerung des Kolonnenraumes oder die Anwendung besonderer
Einbauten.
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Die Erfindung beschreitet einen neuen Weg zur Verwirklichung des
Austausches bei der Rektifikation in unmittelbarem Gegenstrom, und zwar läßt man
die Dämpfe in einem von außen nach innen verlaufenden Wirbel strömen und gibt das
leichter siedende Gemisch an einer Stelle des Wirbels fitissig zu. die radial weiter
nach innen liegt als die Stelle der Abführung des schwerer siedenden flüssigen Gemisches.
Die Flüssigkeit wird von dem Wirbel erfaßt und striimt durch die Wirkung der Zentrifugalkraft
nach außen. Auf dem Wege von innen nach außen tauscht sie infolge der illiligen
Berührung mit dem entgegenströmenden Dampf die leichter siedenden
Bestandteile
gegen die schwerer siedenden aus. Außen wird dann die nunmehr schwerer siedende
Flüssigkeit dem Wirbel entzogen.
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Eine zur Ausübung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der
Zeichnung schematisch dargestellt. Abb. 1 ist ein senkrechter und Abb. 2 ein waagerechter
Schnitt durch die Vorrichtung. Die Dämpfe strömen aus Zuleitungen a tangential in
die Wirbelkammer b ein, die sie durch die innere Ableitung c wieder verlassen. Die
leichter siedende Flüssigkeit tritt durch die Zuleitungen d in den Wirbel ein, während
am Umfang des Wirbels durch den Schlitz e schwerer siedende Flüssigkeit abgezogen
wird. Die Stromlinien des Dampfes sind durch f. die der Flüssigkeit durch g angedeutet.
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Das in den Wirbel eintretende Gemisch wird durch die intensive Dampfströmung,
gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer besonderen Zerstäubungsvorrichtung, in fein
verteilte Form gebracht. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, eine bestimmte Tröpfchengröße
oder Tröpfchengrößenverteilung einzustellen, bei der gerade eine optimale Rektifikationswirkung
erzielt wird. Dabei kann diese Tröpfchengröße der Geschwindigkeit und Richtung der
Dämpfe und den räumlichen Abmessungen des Wirbels angepaßt werden.
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Das neue Verfahren weist erhebliche Vorteile auf; sie ergeben sich
aus folgendem: In dem von außen nach innen gerichteten Wirbel liegt die Bewegung
der beiden Phasen eindeutig fest, sie ist zeitlich stationär bei gleichmäßiger Verteilung
der Geschwindigkeiten.
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Strömungstechnisch unklare Verhältnisse und Durchwirbelungen infolge
mechanischer Einbauten fallen weg. Die beiden Phasen strömen in jedem Punkt der
Austauschstrecke eindeutig einander entgegen, wobei die Stromlinien des Dampfes
nach innen gerichtete, die der Flüssigkeitsteilchen nach außen gerichtete, gleichsinnig
umlaufende Spiralen oder spiralenähnliche räumliche Bahnkurven sind. Die Geschwindigkeiten
können beliebig hoch gewählt werden. Je höher die Geschwindigkeiten sind, desto
intensiver ist die Gegenströmung. Die Oberfläche der im Austausch stehenden Gemische
ist außerordentlich groß. Die im Austausch stehenden Gemischteilchen werden durch
die bei der intensiven Gegenströmung auftretenden großen Kräfte (Reibungskraft gegen
Flichkraft) gegeneinandergepreßt und somit in besonders innige, den Austausch fördernde
Berührung gebracht. Die Raumausnutzung ist durch die große Oberflächenbildung, den
intensiven Austausch und die hohen Geschwindigkeiten sehr gut.
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Für die praktische Ausführung des Verfahrens benötigt man im allgemeinen
außer der Wirbelkammer einen Verdampfer uiid einen Dephlegmator. Die im Verdampfer
entwickelten Dämpfe strömen aus dem Verdampfer durch den Wirbel in den Dephlegmator.
Die aus dem Dephlegmator zurücklaufende Flüssigkeit wird innen in den Wirbel, die
außen aus dem Wirbel abgezogene Flüssigkeit in den Verdampfer geleitet. Bei kontinuierlicher
Arbeitsweise wird das Ausgangsgemisch zwischen der Zuführungsstelle des leichter
siedenden Gemisches und der Abführungsstelle des schwerer siedenden Gemisches in
den Wirbel eingeführt. Man kann auch noch zusätzlich an mehreren Stellen des Wirbels
Gemische zu-oder abführen.
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Unter Umständen ist es zweckmäßig, dem Wirbel Wärme zuzuführen oder
zu entziehen.
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Auf diese Weise kann die Dephlegmation oder auch die Verdampfung zum
Teil oder vollständig in den Wirbel verlegt werden. hierdurch kann auch die Tröpfchen
größe l>ceinflußt werden.
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Wenn der Austausch in einem Wirbel nicht vollständig erfolgt, kann
man mehrere Wirbel hintereinanderschalten. Die innen abströmenden Dämpfe werden
dann dem nächsten Wirbel wieder außen zugeführt, während die außen abgeleitete Flüssigkeit
dem vorigen Wirbel innen zugeführt wird. Dabei kann man die hohe kinetische Energie
des abströmenden Dampfes vor dem Eintritt des Dampfes in den nächsten Wirbel, beispielsweise
durch einen Diffusor, wieder teilweise in potentielle Energie umwandeln, um ein
Gefälle für die zurücklaufende Flüssigkeit zu erzeugen und gleichzeitig den Druckabfall
der Anlage herabzusetzen.