DE851633C - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Destillations- oder Waschkolonnen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Destillations- oder Waschkolonnen

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DE851633C
DE851633C DEP14564D DEP0014564D DE851633C DE 851633 C DE851633 C DE 851633C DE P14564 D DEP14564 D DE P14564D DE P0014564 D DEP0014564 D DE P0014564D DE 851633 C DE851633 C DE 851633C
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DE
Germany
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blades
vapors
distribution plate
column
liquid
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Expired
Application number
DEP14564D
Other languages
English (en)
Inventor
Rudolf Dipl-Ing Jauernik
Hans-Ulrich Dipl-Ing Dr Kohrt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE851633C publication Critical patent/DE851633C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/30Fractionating columns with movable parts or in which centrifugal movement is caused

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Destillations- oder Waschkolonnen Es ist bekannt, mittels schnell rotierenden Tellern in einer Destillierkolonne die Flüssigkeit schleierförmig zu zerstäuben und durch feststehende Leitvorrichtungen die Flüssigkeit mittels ihrer Schwerkraft oder unter Ausnutzung ihrer Rotationsenergie auf den nächsttieferen rotierenden Teller zurückzuführen. Es ist ferner bekannt, derart rotierende Teller an ihrer Unterseite mit Schaufeln zu versehen, die nach Art eines Radialgebläses den Dämpfen eine Beschleunigung erteilen und auf diese Weise den Druckverlust ausgleichen, welchen die Dämpfe bei ihrer Strömung von Teller zu Teller erfahren.
  • Letzteres ist von besonderer Bedeutung, wenn Stoffe, die nur mit einer große. Anzahl von Böden getrennt werden können, aus Gründen der Temperaturempfindlichkeit einer Hochvakuumdestillation unterworfen werden sollen. Das Vakuum im Sumpf der Kolonne wird schnell verschlechtert, wenn die Dämpfe auf ihrem Weg durch die Kolonne einen Druckabfall erleiden; wenn dagegen durch die gerannte stufenweise Kompression der Dämpfe innerhalb der Kolonne ein solcher Druckabfall vermieden werden kann, herrscht im Sumpf dasselbe hohe Vakuum wie am Top.
  • Die vorgeschlagene Ausbildung der Unterseite der rotierenden Teller als Radialgebläse für die Dämpfeförderung hat jedoch den Nachteil, daß die Dämpfe nach horizontalem Austritt aus den Schaufeln in dem zwischen dem rotierenden Teil und dem Kolonnenmantel verbleibenden Ringraum um ISO° umgelenkt werden müssen, um wieder in das nächstrotierende Lauf rad in der Nähe der Kolonnenmitte eintreten zu können. Auf diese Weise nehmen die Dämpfe etwa einen zickzackförmigen Weg durch die Kolonne. Da hierdurch von Stufe zu Stufe ein höherer Strömungswidersttand entsteht und die Dämpfe stellenweise durch verhältnismäßig enge Querschotte strömen müssen, ist der zum Ausgleich des entstehenden Druckabfalls erforderliche Energieaufwand verhältnismäßig hoch bzw. der Dämpfe durchsatz begrenzt.
  • Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine radiale Strömung der Dämpfe bewußt dadurch vermieden, daß die radial arbeitenden Gebläseräder durch Propellerräder ersetzt werden, ähnlich wie sie in Axialkompressoren Anwendung finden. Hierdurch wird der Querschnitt der Kolonne für die Dämpfeströmung ausgenutzt und der Druckverlust geringer.
  • Infolgedessen ist esl möglich, eine größere Dämpfemenge durchzusetzen als bei den Kolonnen m'it radial arbeitenden Laufrädern.
  • Einem weiteren Teil der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für den Wärme- und Stoffaustausch die Berührungsfläche und Berührungszeit zwischen Dampf und Flüssigkeit maßgebend ist. So wurde gefunden, daß die Oberfläche der durch Abschleuderung von einer rotierenden Scheibe zerstäubten Flüssigkeitströpfchen in einen Ringraum hinein diesen keineswegs günstig ausfüllt. Der Vorgang läßt sich folgendermaßen beschreiben: Die auf die rotierende Scheibe aufgegebene Flüssigkeit wird durch die Zentrifugalkraft in radialer Richtung zu einer immer dünner werdenden Schicht auseinandergezogen. Am Rand der rotierenden Scheibe findet ein Zerreißen dieser Fiüssigkeitsschicht statt, und die entstehenden Tröpfchen. werden in den zwischen der rotierenden Scheibe und dem Kolonnen. mantel verbleibenden Ringraum geschleudert. Da die Querschnittsfläche dieses Ringraumes mit radialer Entfernung von der Kolonnenmitte immer größer wird, können die Flüsstigkeitströpfchen auch bei sehr kleinem Tröpfchendurchmesser diesen Querschnitt keineswegs günstig ausfüllen.
  • Hinzu kommt noch, daß die Berührungszeit dieser Tröpfchen mit den Dämpfen außerordentlich klein ist (sie liegt in der Größenordnung von eintausenSdstel Sekunde) und daher der Stoffaustausch unbefriedigend wird.Die zusammenhängende dünne Flüssigkeitshaut der rotierenden Scheibe wird erfindungsgemäß möglichst weit in Richtung auf den Kolonnenmantel ausgedehnt. Dies ist, da die Dämpfe von unten nach oben durch diese Ebene hindurchtreten müssen, dadurch zu verwirkl. ichen,, daß die Schaufeln des obenerwähnten Axialgebläses an die rotierenden Teller angesetzt und derartig schräg gestellt werden, daß die Flüssigkeitshaut sich auch über die Schaufeln bis in die Nähe des Kolonnenmantels ausbreiten kann. Wenn man einen solchen mit Schaufeln versehenen rotierenden Teller von oben betrachtet, so bewegt sich das einzelne Flüsasigkeitsteikhen auf dieser Scheibe nicht radial, sondern in Form einer Spirale nach außen. Hieraus folgt, daß die angesetzten Schaufeln, von oben gesehen, ebenfalls die Krümmung dieser Spirale haben.
  • Was die Form dieses rotierenden Tellers und seiner Schaufeln in seitlicher Ansicht betrifft, so ist zweckmäßig ebenfald,s eine Krümmung vorhanden, d. h.
  • Teller und Schaufeln sind mit zunehmendem Radius nach oben gekrümmt, weil verhindert werden soll, daß die Schichtdicke der Flüssigkeitshaut immer weiter in radialer Richtung abnimmt, wie es bei einer ebenen Scheibe der Fall wäre. Zu diesem Zweck sind Teller und Schaufeln nach oben gekrümmt. Diese Krümmung läßt sich für bestimmte Verhältmsse, d. h. für eine bestimmte Zähigkeit der Flüssigkeit und dine bestimmte Drehzahl der Teller, für die gewünschte Schichtdicke formelmäflig berechnen. Die Dämpfe streichen über die schräg gestellten Schaufeln und damit über die auf diesen befindhehe Flüssigkeitsllaut. Durch die Schrägstellung der Schaufeln hat man es in der Hand, die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe in rein axialer Richtung durch die Kolonne zu verändern.
  • Bei starker Schrägstellung wird die Axialgeschwindligkeit der Dämpfe verringert und damit die Berührungszeit mit der Flüssigkeitshaut vergrößert.
  • Die Schaufeln sind z. B. so gesetzt, daß in der Ansicht von oben praktisch kein Spalt zwischen ihnen sichtbar ist. Um den Querschnitt der Kolonne mog lichst weitgehend für den Stoffaustausch auszunutzen, werden die Schaufeln möglichst lang gebaut.
  • Um zu verhindern, daß hierbei infolge der unterschliedllichen Umfangsgeschwindigkei t die Dwrchtrittsgeschwindigkeit der Dämpfe am äußeren. Ende der Schaufeln wesentlich größer als am inneren Ende ist, dies würde eine unterschiedliche Rektifizierwirkung zur Folge haben, ist die Schrägstellung der Schaufeln nach außen hin zu verkleinern, wie dies bei Axialgebläsen. üblich ist. Dieser Effekt wilrd im übrigen auch dadurch erreicht, daß die Schaufelenden zwecks Erreichen einer gleichmäßigen Schichtdicke der Flüssigkeit nach oben gekrümmt sind.
  • Hierdurch werden nämlich die am Rand aufsteigenden Dämpfe etwas nach innen geleitet und ihre Geschwindigkeit in rein axialer Richtung verringert.
  • Für den einzelnen Anwendungsfall müssen die günstigste Form der Schaufeln und die zweckmäßigste Drehzahl ermittelt werden.
  • Die Gedanken der Erfindung sollen an dem in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbelspiel erläutert werden.
  • Abb. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch die Kolonne, Abb. 2 der dazugehörende Grundriß.
  • Auf der rotierenden, Welle 1 sind die Verteilerteller 2 befestigt. Die Verteilerteller 2 tragen die Schaufeln 3.
  • Innen am Kolonnen. mantel 4 fließt die von den Schaufeln abgeschleuderte Flüssigkeit herab und wird in der Sammelrinne 5 aufgefangen und in der Führungsrinne 6 zur Kolonnenmitte zurückgeführt.
  • Die Führungsrinne 6 ist, wie im Grundriß ersichtsich, entweder in radialer Richtung gerade ausgebildet, wenn allein die Schwerkraft zur Rückführung der Flüssigkeit benutzt wird, oder gekrümmt, wenn die der abgeschleuiderten Flüssigkeit innewohnende Rotationsenergie zur Rückführung der Flüssigkeit ausgenutzt werden soll. Die Flüssigkeit wird von den nächsttieferen Vertei Itellern 2 über dessen Laufschaufeln 3 als zusammenhängende Flüssigkeitshaut ausgebreitet und von den Enden der Laufschaufeln wieder an den Kolonnenmantel abgeschleudert. Die Laufschaufeln 3 sind, wie im Aufriß ers, ichtlich ist, nach oben gekrümmt, um eine gleichmäßige Dicke der Flüssigkeitshaut zu erzielen. Im Grundriß (Abb. 2) sind die Laufsehaufeln 3 ebenfalls gekrümmt, um der spiralförmigen Bewegung des einzelnen Flüssigkeitsteilchens auf dem Teller und den Schaufeln Rechnung zu tragen. Betrachtet man die Laufschaufeln 3 seitlich vom Kolonnenmantel aus, so ergibt sich das in Abb. 3 dargestellte Bild. Aus diesem ist die Schrägstellung der Schaufeln ersicht-Uch und der Weg, den die Dämpfe zwischen je zwei Schaufeln nehmen. Bei dem Überstreichen der mit Flüssigkeit bedeckten Schaufelloberfläche treten die Dämpfe mit der Flüssigkeit in Stoffaustausch. Will man erreichen, daß die aus einer Schaufel austretenden Dämpfe stoß frei in die nächste Laufschaufel eintreten, so kann ein Leitraid zwischen je zwei Schaufeln eingeschaltet werden. Das Leitrad 7 ist mit dem Kolonnenmantel 4 fest verbunden. Die Krümmung der Leitschaufeln ist ebenfalls aus Abb. 3 zu ersehen. Ist der Stoßverlust nicht nennenswert groß, so kann man unter Umständen auf die Leiträder 7 verzichten, wodurch an Bauhöhe der Kolonne gespart wird.
  • Den Hauptgedanken der Erfindung, den Stoffaustausch nicht in einem Schleier zerstäubter Flüssigkeitstropfen, sondern auf einem zusammenhängenden Flüssigkeitsfilm vorzunehmen und zu diesem Zweck den rotierenden Teller möglichst über den ganzen Kolonnenquerschnitt auszudehnen, kann man selbstverständlich auch bei einer Kolonne mit radialer Förderung der Dämpfe verwirklichen. Bei den bisher bekannten Ausführungsformen von rotierenden Kolonnen, bei denen die Dämpfe zickzackförmig von der Kolonnenmitte in Richtung auf den Kolonnenmantel unterhalb des rotierenden Tellers und von dem Kolonnenmantel in Richtung auf die Kolonnenmitte oberhalb des rotierenden Tellers) strömen, dient der größere Teil des Kolonnenquerschnitts der Ausbreitung eines Schleiers zerstäubter Flüssigkeitstropfen. Im Gegensatz dazu soll nach dem Gedanken der Erfindung der Durchmesser der rotierenden Verteilerscheiben so groß sein, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Querschnitt zwischen dem Teller und dem Kolonnenmantel für den senkrechten Durchtritt der Dämpfe von unten nach oben frei bleibt. Dieser frei bleibende Querschnitt braucht nicht größer zu sein als der Querschnitt, welcher in der Kolonnenmitte für die senkrechte Bewegung der Dämpfe vorhanden, ist. Letzter ist der Eintrittsquerschnitt des laufrades, mit welchem die Dämpfe radial von der Kolonnenmitte nach außen gefördert werden. Da die ringförmigen Querschnitte am Kolonnenmantel wegen des großen Durchmessers nur eine geringe Breite zu haben brauchen, um denselben Querschnitt zu erzielen, kann man den Verteilungsteller ohne weiteres bis in die Nähe des Kolonnenmantels erstrecken. Man kann den Durchtrittsquerschnitt für die Dämpfe auch dadurch erzielen, daß man den Verteilteller bis dicht an den Kolonnenmantel heranführt und ihn mit lochförmigen Durchri ttsöffnungen versieht. Unter Umständen' können diese Schlitze durch hauptsächlich in axialer Richtung fördernde Gebläseschaufeln gebildet werden, wie es oben beschrieben wurde, so daß eine Kombination von radialen mit axialen Laufschaufeln für die Dämpfeförderung zustande kommt.
  • PATENTANspnÜcHE: 1. Verfahren zum Betrieb von Kolonnen zu Desti liations- oder Waschzwecken, insbesondere zur Destillation unter Vakuum, mit rotierenden Verteilltellerrr, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit auf diesen Vertei 1 tellern möglichst über den ganzen Kolonnenquerschnitt'al's zusammenhängender Flüssigkeitsfilm ausgebreitet wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfe vorwiegend in axialer Richtung gefördert werden, wobei die Axialgeschwindigkeit und, damit die Aufenthaltszeit der Dämpfe durch die Schrägstellung der Schaufeln in jeder gewünschten Höhe festgelegt werden kann.
    3. Rotierende Verteilteller für Kolonnen, die zu Destillations- oder Waschzwecken, insbesondere zur Destillation unter Vakuum verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilteller an seinem Umfang mit propellerförmigen Schaufeln ausgestattet ist, die so mit den Tellern verbunden sind, daß die Flüssigkeit von den Tellern über die Schaufeln fließt.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln, von oben gesehen, gekrümmt sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilteller mit den angesetzten Schaufeln in vertikaler Richtung, d. h. nach oben, gekrümmt sind.
    6. Rotierende Verteilteller für Kolonnen, die zu Destillations- oder Waschzwecken, insbesondere zur Destillation unter Vakuum verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Verteilteller so weit in die Nähe des Kolonnenmantels sich erstrecken, daß für den senkrechten Durchtritt der Dämpfe lediglich ein freier Querschnitt übrigbleibt, der etwa gleich groß ist dem Eintrittsquerschnitt des Gebläserades.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilteller an ihrem äußeren Ende mit Durchtrittsöffnungen für die Dämpfe versehen sind.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfdurchtrittsöffnungen mit einem kragenförmigen Rand versehen sind.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilteller sowohl mit radial als mit axial wirkenden Schaufeln ausgerüstet sind.
DEP14564D 1948-10-02 1948-10-02 Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Destillations- oder Waschkolonnen Expired DE851633C (de)

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