DE8425555U1 - Abzugsvorrichtung fuer destillationskolonnen - Google Patents

Description

·· t· · t Il

.·""]'] i ;":·:":·'··· Wesseling, den 23.08.1984 NL-Dr.Hö/Esch - 2115 -

Gebrauchsmuster Unser Zeichen: - UK 356 -

Verbesserte Abzugsvorrichtung für Destillationskolonnen

Die Erfindung betrifft eine Abzugsvorrichtung zum seitlichen Abzug von Flüssigkeit aus Destillationskolonnen mit eingebauten Hehren im Abschlußtopf.

Die Trennung von Flüssigkeitsgemischen in verschiedene Fraktionen erfolgt im allgemeinen durch fraktionierte Destillation in Destillationskolonnen, die mit Böden ausgestattet sind, über Kopf der Kolonne wird die am leichtesten siedene Fraktion abdestilliert, während aus dem Sumpf der Kolonne ein hochsiedendes Sumpfprodukt abgezogen wird. Darüber hinaus kann man in Destillationskolonnen Seitenabzüge anbringen mit den dazu gehörenden Abzugsböden und bestimmte Fraktionen seitlich aus der Kolonne abziehen. So werden beispielsweise in Rohöldestillationen die Naphtha- und Mittelölfraktion über Seitenabzüge entnommen. Für den einwandfreien Betrieb von Destillationskolonnen mit Seitenabzügen ist es erforderlich, daß ein möglichst gleichmäßiger Mengenstrom in den Seitenabzug gelangt, insbesondere kein Abreißen des Mengenstroms erfolgt und gleichzeitig der Austausch zwischen im Abzugsbodenbereich nach unten strömendem Rückfluß und nach oben aufsteigendem Dampf nicht bzw. in möglichst geringem Umfang gestört wird. Stärkere Schwankungen des Seitenabzugsstroms und des RückflußStroms können dazu führen, daß einmal die Trennschärfe in der Kolonne vermindert wird, zum anderen an Seitenstrippern, in welche die seitlich abgezogene Flüssigkeit strömt, Störungen erfolgen, welche die Zusammensetzung des abzuziehenden Produkts nachteilig beeinflussen.

Es gibt Lösungen dieser Aufgabe, die daraus bestehen, daß sogenannte Kaminböden als Abzugsböden verwendet werden.

SPVtXXiT

356 -

Ein Kaminboden ist beispielsweise in der DE-OS 29 39 023 beschrieben. Kaminböden haben jedoch den Nachteil/ daß kein oder nur ein verminderter Stoffaustausch zwischen aufsteigendem Dampf und Rückfluß stattfindet, so daß sie einen Boden über die Anzahl Fraktionierböden hinaus ergeben, die zur gewünschten Trennleistung erforderlich sind.

Ein weiterer Nachteil ist, daß sie eine relativ große Höhe besitzen, so daß hierdurch und durch die zusätzliche Bodenzahl eine unerwünscht große Gesamthöhe einer Destillationskolonne herbeigeführt wird.

Eine technische Lösung unter Vermeidung dieser Nachteile ist bisher nicht bekannt, obgleich Abzugsvorrichtungen Stand der Technik sind, welche sowohl eine relativ niedere Höhe besitzen, als auch Stoffaustausch ermöglichen. Diese Vorrichtungen entsprechen jedoch nicht der obigen besonders wichtigen Forderung der Vermeidung des Abreißens des Mengenstroms zum Seitenabzug.

Fig. 1 stellt eine einfache Seitenansicht eines Kaminabzugs dar.

Fig, 2 stellt eine Abzugsvorrichtung dar mit geringer Höhe, Fig. 3 stellt das Abreißen des Seitenstroms in derselben dar,

Fig. 4-6 stellen die erfindungsgemäße Lösung der Vermeidung des Abreißens des Seitenstroms dar.

Die Aufgabe eine Abzugsvorrichtung bereitzustellen, welche die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, wurde erfindungsgemäß durch eine Abzugsvorrichtung gelöst für das seitliche Abziehen von Flüssigkeiten aus Destillationsböden mit Abzugsboden, Ablaufschacht, Abschlußtopf und Abzugsleitung,

ttllfl

- 3 - - UK 356 -

dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Boden des Abschlußtopfs (13) ein Wehr (15) vor dem Ausgang der Abzugsleitung (14) befindet.

Mit Hilfe der Figuren 1 bis 4 wird im folgenden die vorliegende Erfindung im einzelnen erläutert.

In Fig. 1 stellt (1) die Wandung der Destillationskolonne dar.

(2) ist ein Fraktionierboden mit dem nach unten gerichteten Teil

(3) und dem Wehr (4) das dazu dient, eine bestimmte Flüssigkeitshöhe auf dem Boden (2) aufrechtzuerhalten. (5) stellt einen Kamin dar, durch den die in der Kolonne aufsteigenden Dämpfe hindurchtreten. (6) ist der Kaminboden, der einen überlauf (7) besitzt, über den der Seitenstrom nach außen abströmt. Der Überlauf besitzt eine Höhe, die niedriger ist als die des Kamins. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Dämpfe in allen Betriebssiturttionen durch den Boden (2) strömen müssen, weil (3) und (7) eine wirksame Tauchung bilden. Die Menge an Flüssigkeit, die nicht durch (7) aus der Kolonne abgezogen wird, fließt als Rückfluß durch den Kamin zum nächst niederen Fraktionierboden.

Fig. 2 stellt eine dem Stand der Technik entsprechende Abzugsvorrichtung dar, die eine geringere Höhe als ein Kaminboden besitzt und die wie ein üblicher Austauschboden Dampf im Gegenstrom gegen nach unten abfließende Flüssigkeit durch öffnungen auf dem Boden strömen läßt.

(8) stellt die Außenwand der Destillationskolonne dar und (9) einen oberen Fraktionierboden. (10) stellt den eigentlichen Abzugsboden dar, auf welchem links und rechts von dem Ablaufschacht (11) Stoff- und Wärmeaustausch zwischen aufsteigendem Dampf und nach unten fließendem Rückfluß stattfindet. (12) sind Wehre, die dazu dienen, eine bestimmte Flüssigkeitshöhe auf dem Boden (10) aufrecht zu erhalten.

4 -

" '·- 4 - - UK 356 -

Der Ablaufschacht (11), der in Figur 2 in seitlicher Aufsicht dargestellt ist, verläuft im Abzugsboden durch den gesamten bzw. nahezu gesamten Durchmesser des Bodens und ermöglicht den Abfluß von über die Wehre fließender Flüssigkeit nach unten. Unter (11) befindet sich ein ebenfalls durch den gesamten Bodendurchmesser verlaufender Abschlußtopf (13) , in dem sich die abfliegende Flüssigkeit sammelt, wobei diese zumindest teilweise durch die seitlich in der Kolonnenwand befindliche Abzugsleitung (14) aus der Kolonne nach außen z.B. zu einem Seitenstripper abfließt.

Die nicht durch (14) abgezogene Flüssigkeit fließt über den Rand von (13) zum nächst tieferen Fraktionierboden.

Da 113) und (11) einen Syphon bilden, der mit FLÜssigkeit gefüllt ist, kann kein Dampf von unten durch (13) und (11) nach oben steigen.

Vielmehr kann der Dampf nur im Stoff- und Wärmetausch durch die öffnungen von (10), die beispielhaft als Ventil- oder G Iod ^nböden ausgestattet sein können nach oben gelangen, wie es für eine effektive Stofftrennung erforderlich ist.

Diese dem Stand der Technik entsprechende Konstruktion sieht jedoch keine Schutzmaßnahmen zur Aufrechterhalturg der Syphonwirkung vor, sie erlaubt sogar ein völliges Leerziehen des Abschlußtopfes. Da die Flüssigkeitsmenge, die die Syphonwirkung aufrechterhielt, klein ist im Vergleich zur Abzugsmenge, genügt bereits eine mäßige Erhöhung derselben, um die den Syphon bildende Flüssigkeitsmenge abzuziehen.

In Figur 3 ist dieser Fall in seinen Folgen dargestellt. Fehlt nämlich die den Syphon bildende Flüssigkeitsmenge im Abschlußtopf, so können die aufsteigenden Dämpfe ungehindert durch den Ablaufschacht (11) treten, ohne daß sie zum Stoffaustausch mit der Flüssigkeit auf dem Boden (10) in Berührung kommen. Die Flüssigkeit auf dem Boden (10) fließt ihrerseits nun bevorzugt durch die öffnungen von (10) ab, weil sie daran nicht mehr durch die aufsteigenden Dämpfe gehindert werden.

- UK 356 -

Aufgrund dieser Situation kann für einen bestimmten Zeitraum, dessen Länge von der Auslastung der Kolonne abhängt, kein Seitenprodukt abgezogen werden, und zwar so lange, bis der Flüssigkeitspegel auf (10) so hoch angestiegen ist, daß der Abschlußtopf wieder vollständig gegen den Widerstand der aufsteigenden Dämpfe mit Flüssigkeit gefüllt werden kann.

In Fig. 4 ist die verbesserte Abzugsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung dargestellt, welche die oben beschriebene Störung ausschließt. Vor dem seitlichen Ablauf (14) ist ein der Konstruktion des Abzugsbodens angepaßtes Wehr (15) angebracht mit einer solchen Höhej daß der von unten aufsteigende Dampf die im Syphon stehende Flüssigkeitssäule nicht zu verdrängen vermag. Die Höhe der seitlichen Wandung des Abschlußtopfes ist so bemessen, daß der Druckverlust, der durch die zusätzlichen, konstruktiven Maßnahmen dieser Erfindung erzeugt wird, durch einen entsprechend höheren Flüssigkeitspegel ausgeglichen wird.
Obgleich durch (15) verhindert wird, daß Dampf zwischen (11) und

(13) nach oben dringt, kann als Folge des Abzugs einer zu großen Flüssigkeitsmenge durch (14) bei Leerlaufen des Raumes (16) Dampf über die Länge (21) des oberen Randes von (13) in den Raum (16) und durch (14) nach außen dringen.

Erfindungsgemäß befindet sich daher zwischen (11) und (15) eine vordem Wehr (15) verlaufende Einbaute (17), welche den Topf (13) oben bis zur Wanne abdeckt und einen nach unten gerichteten als Tauchung wirkenden Teil besitzt, der mindestens bis zum und bevorzugt unter den oberen Rand des Wehres (15) reicht« so daß gewährleistet ist, daß auch im Falle des Leerlaufens von (16) der Dampf nicht durch die zwischen (15) und (17) befindliche Flüssigkeitssäule durch (14) nach außen dringen kann.
Um zu verhindern, daß der Raum (16) durch die Tauchung in Richtung

(14) leergehoben wird, besitzt (17) oberhalb des Flüssigkeitsstandes zumindest eine genügend große Durchlochung, so daß Druckausgleich zwischen Raum (19) und Raum (20) besteht.

Bei Abzugsböden, bei denen sich der Ablaufschacht über den ganzen oder nahezu ganzen Kolonnendurchmesser erstreckt (Fig. 5), liegt das Wehr (15) im Querschnitt des AblaufSchachts (11). Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabenstellung befindet sich das Wehr (15) innerhalb des Ablaufschachte (11). Zwischen Wehr

" " _ 6"- ' - DK 356 -

(15) und Kolonnenwand ( 8) sind die seitlichen Wände (22) des Ablaufschachts (11) bis zum Boden des Topfes (13) verlängert, so daß ein geschlossener Raum (23) entsteht, in den Flüssigkeit nur über das Wehr (15) in Richtung (14) eindringen kann, während Dampf aus dem Kolonnenbereich unter dem Abzugsboden (10) nicht durch (14) austreten kann.

Bei einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Lösung befindet sich das Wehr (15) im Querschnitt des AblaufSchachts (11) sowie beidseitig zwischen Ablaufschacht (11) und Topf (13), wobei sich die Wehrteile (24) im allgemeinen auf der Höhe des im Ablaufschacht (11) angebrachten Wehrs (15) befinden. (Fig. 6)

Da in diesem Falle bei Leerziehen des Raumes (23) Dampf aus dem Kolonnenbereich unter dem Abzugsboden (10) über die Länge des oberen Randes des Topfes (13) zum Ablauf (14) dringen kann, ist zu beiden Seiten des AblaufSchachts (11) im Bereich (26) eine Tauchungseinbaute (25) angebracht, welche Im horizontalen Bereich beidseitig den Teil des Topfes (13) zwischen Ablaufschachtseitenwand und Abschlußtopf seitenwand abdeckt und zwischen diesen Wänden einen nach unten gerichteten Teil besitzt, der bis unterhalb der Wehrhöhe reicht.

Durch diese Maßnahme können auch bei vollständiger Entleerung des Raumes zwischen (8) und (15) aufsteigende Dämpfe die Kolonne nicht durch (14) verlassen.

Aus der Beschreibung der Figuren wird deutlich, daß mit der vorliegenden Erfindung nunmehr ein seit langem ungelöstes Bedürfnis der Fachwelt befriedigt werden kann, um das sich diese seit langem vergeblich bemüht hat.

Dem Fachmann ist bekannt, daß zum Zeitpunkt der Anmeldung der vorliegenden Erfindung Abzugsböden in großem Umfang in Destillationskolonnen, wie Z.B. Rohöldestillationskolonnen eingebaut werden, die zahlreiche betriebliche mit hohen Kosten verbundene Störungen mit sich bringen. Durch die vorliegende Erfindung wird die Betriebssicherheit gegenüber dem Stand der Technik entscheidend verbessert.

• :: : : :\> ^r.-i. - υκ 356 -

• ·■··· ■■ a · ι ι···· • aaaiatii

•taiii ·· Ii it ·

Auch bei versagen der aufwendigen Regelvorrichtungen in Destillationskolonnen, insbesondere im Abzugsbodenbereich werden Störungen im Rektifikationsvorgang in der Kolonne und in den Seitenstrippern vermieden. Dies hat zur Folge, daß nunmehr computerunterstützte Regelungen voll anwendbar sind. Durch die erhöhte Betriebssicherheit wird auch die Wirtschaftlichkeit von Destillationskolonnen erheblich verbessert.

Claims (10)

:..: \.: ' :r.:8"j-' - UK 356 - Schutzansprüche

1. Abzugsvorrichtung für das seitliche Abziehen von Flüssigkeiten aus Destillationskolonnen, mit Abzugsboden (10), Ablaufschacht (11), Abschlußtopf (13) und Abzugsleitung (14), dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Boden des Abschlußtopfs (13) ein Wehr (15) vor dem Ausgang der Abzugsleitung (14) befindet.

2. Abzugsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Ablaufschacht (11) und Destillationskolonnen-Innenwand (8) ein Abstand befindet und sich das Wehr (15) zwischen Ablaufschacht (11) und Innenwand (8) befindet.

3. Abzugsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wehr (15) als Höhe mindestens den Abstand zwischen dem Boden des Abzugstopfes (13) und der Unterkante (21) des AblaufSchachts (11) besitzt.

4. Abzugsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich innenseitig vor dem Wehr (15) eine Einbaute (17) befindet, deren nach unten gerichteter Teil mindestens bis zur Oberkante von Wehr (15) nach unten reicht, wobei der horizontale oder nahezu horizontale Teil der Einbaute (17) den Abschlußtopf (13) abdeckt.

5. Abzugsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaute (17) Druckausgleichsöffnungen besitzt, die sich vorzugsweise im horizontalen oder nahezu horizontalen Bereich der Einbaute (17) befinden.

Abzugsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufschacht (11) bis oder nahezu bis zu der Destillationskolonnen-Innenwand (8) reicht und das Wehr (15) im Ablaufschacht (11) quer zur Länge desselben angebracht ist.

7. Abzugsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen Wehr (15) und Destillationskolonnen-Innenwand (8) die Seitenwände (22) des AblaufSchachts (11) bis zum Boden des Abschlußtopfs (13) reichen.

8. Abzugsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wehr (15) beidseitig von der Ablaufschachtaußenwand bis zur Abschlußtopfinnenwand fortsetzt (24).

9. Abzugsvorrichtung npch öen Ansprüchen 1,6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich beidseitig zwischen Ablaufschachtaußenwand

und Abschlußtopfinnenwand Einbauten (25) befinden, deren nach

unten gerichtete Teile mindestens bis zur Oberkante des Wehrs

(15) nach unten reichen, wobei die horizontalen oder nahezu hori- l· zontalen Teile der Einbauten den AbschluStopf beidseitig bis zur H Ablauf schachtauBenwand abdecken.

10. Abzugsvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 6,8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten Druckausgleichsöffnungen besitzen, die sich vorzugsweise im horizontalen oder nahezu horizontalen Bereich der Einbauten befinden.

- 10 -

5V tr 5ΤΓ