DE857487C

DE857487C - Boden fuer Fraktionierkolonnen

Info

Publication number: DE857487C
Application number: DEST2030A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1943-02-25
Filing date: 1950-08-23
Publication date: 1952-12-01
Also published as: GB638092A; NL64069C; FR918996A; US2374950A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. DEZEMBER 1952

St 2030 IVa/i2a

Vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung von Böden für Fraktionierkolonnen zur Ausführung von Destillationen, namentlich für Kolonnen zur Verbesserung der Qualität der verschiedenartigen bei Destillationsprozessen anfallenden Fraktionen, und ist für alle Verfahren anwendbar, die sich einer Fraktionieranlage bedienen. Vor allem die Verfahren zur Destillation von Rohöl oder redestilliertem Erdölraffinat; die Fraktionierung von Spaltraffinaten, die Debutanisierung und Stabilisierung von Naphtha, die Herstellung von Alkoholen, die Erzeugung von Kohlenteerlösungsmitteln, organischen Chemikalien, Lacklösungsmitteln, Reinigungslösungsmitteln u. dgl. sind Beispiele für Verfahren, bei denen die neue Fraktioniervorrichtung Anwendung finden kann. Namentlich wird eine solche Fraktionierkolonne verwendet, die eine Vielzahl von Fraktionierelementen aufweist, die auf einer Vielzahl von Fraktionierböden abstandsweise angebracht sind.

Bisher waren die Böden in Fraktionierkolonnen mit Fraktionierelementen ausgestattet, die gleichmäßig über einen jeden Boden verteilt angebracht waren. Die Fraktionierelemente hatten verschiedenartige Form und Größe und waren als kreisförmige, längliche, quadratische, dreieckige, sechseckige und trogförmige Glockenhauben ausgebildet; diese Elemente waren

stets gleichmäßig über jeden Boden auf dreieckigen, rautenförmigen oder quadratischen Mittelstücken bzw. in geraden Reihen angeordnet. Verschiedene Anordnungen wurden bisher zur Verminderung des Flüssigkeitsgefälles auf den Fraktionierböden angewandt, · z. B. Böden mit aufgeteilter Strömung, Böden mit mehreren Flüssigkeitsständen und Böden mit mehreren zentralen und äußeren Fallstutzen. Jedes dieser Systeme sollte verschiedene Schwierigkeiten und Störungen von Fraktionierkolonnen mit Glockenhauben beheben. Gewisse Hilfsmittel haben zwar einen oder mehrere Nachteile ausgeschaltet, aber auf Kosten anderer wichtiger erwünschter Eigenschaften der Fraktionierkolonne.

Vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem normalen Boden einer Fraktionierkolonne, der beispielsweise eine Vielzahl von Glockenkappen aufweist, wobei die Flüssigkeit auf der einen Seite des Bodens eintritt, über den Boden fließt und diesen auf der entgegengesetzten Seite mittels eines Überlaufes oder eines Wehres verläßt. Im Verlauf des Betriebes eines solchen Bodens bewirken der Widerstand gegen die Flüssigkeitsströmung, der von den Glockenhauben oder anderen Fraktionierelementen ausgeht, und das Sprudeln der Dämpfe durch die Flüssigkeit ein Flüssigkeitsgefälle auf dem Boden, d. h. auf der Eintrittsseite des Bodens ist ein höherer Flüssigkeitsstand als auf der Austrittsseite. Dieses Flüssigkeitsgefälle führt dazu, daß weniger Dampf durch die Elemente auf der Einlaßseite des Bodens als auf der Auslaßseite aufsteigt wegen der größeren statischen Flüssigkeitshöhe, die auf der Einlaßseite des Bodens überwunden werden muß. Das Gefälle kann sogar so groß werden, daß die Fraktionierelemente auf der Eintrittsseite des Bodens völlig inaktiv werden, d. h. keine Flüssigkeitsdämpfe mehr aufsteigen lassen. Nachteile dieses Zustandes sind verminderte Kolonnenkapazität, Mitreißen größerer Flüssigkeitsmengen durch den Dampf, was eine geringere Fraktionierleistung zur Folge hat, und eine Kreuzströmung der Dämpfe von der einen Seite der Kolonne zur anderen, insofern, als sie die Austrittshälfte der aufeinanderfolgenden Böden passieren. Kreuzströmung der Dämpfe bewirkt ungleichen Kolonnenbetrieb, Zunahme des Flüssigkeitsgefälles auf jeden Boden, wodurch dieser Zustand noch weiter verstärkt wird; zuweilen nimmt das Flüssigkeitsgefälle so stark zu, daß die Flüssigkeit durch die Dampfdurchgänge der Fraktionierelemente abfließt, wobei also der normale Weg über den Boden umgangen wird.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beheben, die Wirksamkeit von Bödenkolonnen zu steigern, die Kapazität bei einem bestimmten Kolonnendurchmesser zu erhöhen, den Betrieb gleichmäßiger zu gestalten, das Mitreißen von Flüssigkeit durch die Dämpfe soweit als möglich herabzusetzen und die Fraktionierungsvorgänge der Kolonne allgemein zu verbessern. Die Erfindung bezweckt weiterhin, die Fraktionierelemente auf jedem Kolonnenboden so anzubringen, daß die über den Boden kreuzweise strömende Flüssigkeit die Außenkanten des Bodens erreichen kann und Kanalbildungen der Flüssigkeit vom Eingangswehr eines bestimmten Bodens in Richtung zum Austrittswehr vermieden werden. Die Erfindung bezweckt weiterhin, die Fraktionierelemente in jedem Abschnitt des Bodens so anzubringen, daß das Spritzen und entsprechend das Mitreißen vermindert wird.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben, die aus nachstehender Beschreibung der Erfindung hervorgehen, wird eine neuartige Konstruktion des Fraktionierbodens mit Glockenhauben als Fraktionierelementen vorgeschlagen, die in neuartiger Weise auf dem Boden angeordnet werden. Erfindungsgemäß werden weniger Fraktionierelemente auf der Auslaßhälfte als auf der Eintrittshälfte des Bodens angebracht. Wie bereits erwähnt wurde, verarbeitet ein Fraktionierelement bei normalem Betrieb auf der Austrittsseite des Bodens eine größere Dampfmenge als das gleiche Element auf der Eintrittsseite wegen der größeren Flüssigkeitshöhe auf der Eintrittsseite. Um ein praktisch gleichmäßiges Aufsteigen der Dämpfe auf jedem Abschnitt eines bestimmten Fraktionierbodens zu erreichen, obgleich die Fraktionierelemente der Einlaßseite weniger Dampf bewältigen als die auf der Austrittsseite, erhöht man die Zahl der Elemente auf der Eintrittsseite und vermindert die Zahl der Elemente auf der Austrittshälfte des Bodens; dann passiert praktisch die gleiche Dampfmenge jeden Abschnitt des Fraktionierbodens, und man vermeidet so die vorhin erwähnten Nachteile. Für Betriebsverhältnisse kann hingegen die Zahl der Hauben auf der Einlaßhälfte des Bodens vermindert, auf der Auslaßhälfte noch stärker vermindert werden; es wird daher vorgeschlagen, die Entfernung der Fraktionierelemente auf dem Boden so abzustufen, daß die gesamte Dampfmenge, die einen Abschnitt des Bodens passiert, praktisch gleich der Dampfmenge ist, die einen beliebigen anderen Abschnitt des Bodens gleichen Flächeninhaltes passiert. Um eine gute Dampfverteilung überall auf dem Boden zu sichern, beträgt zweckmäßig die Zahl der Fraktionierelemente auf der Auslaßhälfte gewöhnlich etwa 65 bis etwa 75 °/₀ der Zahl auf der Einlaßseite des Bodens. Der Arbeitsvorgang verläuft aber auch glatt unter Wahrung der angestrebten Vorteile, wenn nur etwa halb soviel Fraktionierelemente auf der Auslaßhälfte wie auf der Einlaßhälfte angebracht sind. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Bauart von Haube und Boden beschränkt, sondern umfaßt alle Fraktionierelemente und Böden üblicher Form und Größe. Die Verbesserung gemäß Erfindung kann für den Betrieb von Fraktionierkolonnen im Vakuum, bei Normaldruck oder Überdruck und bei beliebiger Temperatur angewendet werden, die dem jeweiligen Fraktionierungsproblem entspricht.

Um zu erreichen, daß die Flüssigkeit über den Boden gleichmäßiger verteilt wird und praktisch die gleiche Menge Flüssigkeit zu den Außenkanten eines Bodens wie über dessen Mitte fließt, sind die Fraktionierelemente zweckmäßig, zusätzlich zu der verschiedenartigen Anordnung auf der Einlaß- und Auslaßhälfte der Böden, in Reihen angeordnet, die vom Einlaßwehr strahlenförmig angelegt sind, entsprechend dem Umriß des Bodens, und auf der Auslaßseite zusammenlaufen, so daß die Flüssigkeit

über den Boden zu den Außenkanten als auch zum Mittelstück des Bodens strömt, was naturgemäß der kürzeste Weg auf dem Boden ist. Wie bereits erwähnt, wird durch weitere Distanzierung der Fraktionierelemente auf der Auslaßseite, wo jedes Element mehr als eine mittlere Dampfmenge bewältigt, das Aufspritzen vermindert. Da mehr Flüssigkeit auf einem Boden mit gleichmäßig angeordneten Elementen auf der Auslaßseite mitgerissen wird, ist

ίο die Verminderung der mitgerissenen Flüssigkeitsmenge von erheblicher Bedeutung, insofern, als dadurch die Fraktionierung verbessert wird.

Die Zeichnung stellt beispielsweise eine Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung dar.

Fig. ι ist ein horizontaler Schnitt im wesentlichen nach der Linie I-I von Fig. 2 nach Entfernung der Glockenkappen 7;

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt eines Teils einer Fraktionierkolonne nach Linie II-II von Fig. 1.

ao In Fig. I ist ein Boden 5 an der Wand 2 einer Fraktionierkolonne befestigt; der Boden hat eine Einlaßseite 8, die von der Wand der Fraktionierkolonne und dem Einlaßwehr 3 begrenzt ist, und eine Auslaßseite 9, die von der Wand der Fraktionierkolonne und dem Auslaßwehr 4 begrenzt ist. Zwischen Einlaß- und Auslaßwehr befinden sich mehrere Dampfstutzen 6 in einer derartigen Anordnung, daß eine kleinere Anzahl auf der Auslaßseite als auf der Einlaßseite des Bodens angelegt ist. Zusätzlich zu der Anordnung, daß sich auf der Auslaßhälfte weniger Stutzen, und zwar in größerem Abstand voneinander, befinden als auf der Einlaßhälfte, sind die Stutzen, beispielsweise die der Reihe A-A, bogenförmig parallel dem Umriß des Bodens angebracht, die mittlere Reihe geht durch die Mitte der Platte und verläuft im wesentlichen geradlinig. Der Bogen, auf den die Reihen der Dampfstutzen ausgerichtet sind, läuft parallel zum Umriß der Außenwand 2 der Fraktionierkolonne.

Für Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Teile wie für Fig. 1 verwendet. Gemäß Fig. 2 decken die Glockenhauben 7 die Dampfstutzen auf Boden 5 ab; man erkennt auch die relative Lage des Einlaß- und des Auslaßwehres und die Lage der Glockenhauben zu diesen Wehren zwischen mehreren Böden einer Glockenbödenkolonne. Die Stellung der Böden B und D und deren Glockenhaubenanordnung sind identisch; Platte C entspricht konstruktiv den Platten B und D, ist aber diesen gegenüber um i8o° in der Horizontalen gedreht. Fig. 1 und 2 sind mehr oder weniger schematisch. Zur Veranschaulichung der Erfindung sind die baulichen Einzelheiten hinsichtlich ihrer Lage zueinander übertrieben gezeichnet. Die Glockenhauben und Stutzen auf der Einlaßseite sind in der Zeichnung näher zusammengerückt als für die Praxis in Betracht kommt.

Zur Erläuterung des Arbeitsvorganges und der Wirkungssteigerung einer Glockenbödenkolonne, deren Fraktionierelemente der Erfindung folgend angeordnet sind, gegenüber einem Boden üblicher Bauart mit gleichmäßig angebrachten Fraktionierelementen diene folgendes Beispiel.

Beispiel

Ein einzelner Glockenhaubenboden einer üblichen Fraktionierkolonne mit 19 Böden von 5,95 m Durchmesser wurde mit Wasser als Flüssigkeit und Luft als Dampf bei Lufttemperatur mit nachstehendem Ergebnis betrieben:

Glockenhauben in gleichmäßiger Verteilung auf dem Boden

47

Weniger Glockenhauben auf der Außenseite als auf der Einlaßseite

55

46	3»	85
93	93
12,11	12,17	90
5210	5068
ii,73	10,95
1.52	1,22	95

1,83	0,91

Anzahl von 0,15-m-Glokkenhauben auf Einlaßhälfte

Anzahl von 0,15-m-Glokkenhauben auf Auslaßhälfte

Gesamtzahl der Hauben je
Boden

Wassermenge, i/Std./m
Kolonnendurchmesser

Mittlere Luftmenge, 1 je
Min. je Haube

Flüssigkeitsgefälle (Einlaßtiefe zur Auslaßtiefe) cm

Spritzhöhe über Boden,
Einlaßhälfte, m

Spritzhöhe über Boden,
Auslaßhälfte, m

Die oben mitgeteilten Wirkungen werden wesentlich verstärkt, wenn mehr als ein Boden benutzt wird, wegen der Kreuzströmung der Dämpfe bei gleichmäßiger Anordnung der Hauben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Boden für Fraktionierkolonne, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen Flüssigkeitseinlaß und -auslaß, die beide einander gegenüberliegen, und eine Vielzahl von Fraktionierelementen aufweist, die den Durchtritt der Dämpfe durch öffnungen in dem Boden ermöglichen und in größerer Entfernung voneinander zum Flüssigkeitsauslaß hin angeordnet sind.

2. Boden nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Fraktionierelemente, daß sich auf der Austrittshälfte etwa 50 bis 75 % der der Eintrittshälfte befinden.

3. Boden nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionierelemente Reihen bilden, die bei größerer Entfernung von der Mitte des Bodens im wesentlichen parallel zur Krümmung des Bodenumrisses verlaufen, mit zunehmender Annäherung an die Mitte des Bodens eine mehr und mehr abnehmende Krümmung aufweisen.

4. Boden nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Glocken-

hauben auf dem Boden so angeordnet ist, daß liebigen anderen Abschnitt des Bodens gleichen

sich eine geringere Anzahl auf der Auslaßhälfte Flächeninhaltes durchströmt,

als auf der Einlaßhälfte des Bodens befindet, j

5. Boden nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

so daß die gesamte Dampfmenge, die durch einen ! zeichnet, daß sich auf der Auslaßhälfte etwa 50 bestimmten Abschnitt des Bodens strömt, prak- bis 75 °/₀ der Anzahl Glockenhauben der Einlaß

tisch gleich der Dampfmenge ist, die einen be-

hälfte befinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q 5513 11.52