DE871441C

DE871441C - Oberflaechenkondensator zur Destillation im Vakuum, insbesondere bei Drucken unter 20 mm Hg.

Info

Publication number: DE871441C
Application number: DEL1829D
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Gaede
Original assignee: HANNAH GAEDE
Current assignee: HANNAH GAEDE
Priority date: 1944-07-23
Filing date: 1944-07-23
Publication date: 1953-03-23

Description

Oberflächenkondensator zur Destillation im Vakuum, insbesondere bei Drucken unter 20 mm Hg.
In Anlagen zur Destillation unter vermindertem Druck wird der aus der Blase abströmende Dampf gewöhnlich in Röhren- oder Oberflächenkondensatoren niedergeschlagen. Hierbei verdienen die Oberflächenkondensatoren vor den Röhrenkondensatoren den Vorzug, da in ihnen bei gleicher Kühlfläche eine geringere Stauung des Dampfes auftritt.
Derartige Stauungen können gerade bei Destillationen unter sehr niedrigen Drucken, welche technisch immer mehr an Bedeutung gewinnen, sehr erheblich ins Gewicht fallen und den in der Blase erzielbaren Druck unter Umständen auf ein Mehrfaches des Theoretischen ansteigen lassen.
Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß bei Verwendung von Oberflächenkondensatoren der Teildruck des auszukondensierenden Dampfes namentlich dann höher bleibt, als der Temperatur der Kühlerwandungen entspricht, wenn dem Dampf geringeGasmengen beigemischt sind, wie dies unter technischen Bedingungen infolge von Zersetzungen im Destillationsgut, Gasabgabe der Wandungen oder geringen Undichtigkeiten unvermeidlich ist.
Der Grund für die geringe Kondensation des Dampfes ist folgender: Bei fehlender Turbulenz im Gas-Dampf-Raum strömt während des Kühlvorgangs fortlaufend Gas-Dampf-Gemisch zur Kühlerwandung, wo der Dampf niedergeschlagen wird.
Damit das nicht kondensierte Gas entgegen dem Dampf-Gas-Strom zurückdiffundieren kann, muß ein Partialüberdrnck des Gases an der Kühler- wandung vorhanden sein; Es findet also so lange eine Anreicherung des Gases an der Kühlerwandung statt, bis der für die Rückdiffusion erforderliche Partialüberdruck erreicht ist. Diese Zone mit erhöhtem Partialdruck sei im folgenden als Gasschleier bezeichnet.
Da der Gesamtdruck im Gasschleier nicht höher sein kann als in den in unmittelbarer Verbindung mit diesem stehenden Räumen des Rezipienten, bedeutet die Gegenwart des Gasschleiers auf der Kühlerwandung umgekehrt im Rezipienten einen gegenüber dem Sättigungsdruck des Dampfes bei Temperatur der Kühlerwandung erhöhten Dampfdruck bzw. eine erhöhte Destillationstemperatur.
Die vorliegende erfindung betrifft nun eine orrichtung, welche eine fortlaufende Beseitigung des Gasschleiers und damit eine Verbesserung der Konr densation des Gas-Dampf-Gemisches bewirkt. Hierzu wird der Oberflächenkondensator als durchbrochene Scheidewand ausgebildet, welche den Destillationsraum von der Pumpe trennt. Dler Dampf kondensiert sich dann auf der Oberfläche des Kondensators, während der Gasschleier dauernd zur Pumpe abströmt, sofern die Durchbrüche in den Scheidewänden so klein gehalten werden, daß der Gasschleier sie ganz ausfüllt.
Wie der Erfinder ermittelt hat, läßt sich die Dicke des Gasschleiers durch die Formel k d = 1750 M angeben.
Darin bedeuten d die Dicke des Gas schleiers, k die Diffusionskonstante zwischen Gas und' Dampf, M die Kondensationsgeschwindigkeit d. h. die auf 1 cm2 der Kondensationsfiäche in 1 Sekunde kondensierende Dampfmenge. Bei der Ableitung der Formel wurde als Dicke des Gasschleiers diejenige Schichtdicke angesetzt, innerhalb deren sich go°/o der vorhandenen Gasmenge befinden. Beispielsweise beträgt die Dicke des Gasschleiers bei der Destillation von Wasser unter normaler Kondensationsgeschwindigkeit 2... 5 mm.
Die Scheidewand wird vorzugsweise durch ein schraubenförmig gewickeltes, von KEhlungsmitteln durchströmtes Metallrohr dargestellt, dessen Windungen einen Abstand voneinander haben, welcher kleiner ist als die Dicke des Gasschleiers oder höchstens von gleicher Größenordnung, wie diese ist. Um eine Verschließung der Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen durch auf ihrer Unterseite zusammenlaufende Flüssigkeit zu verhindern, wird das Metallrohr zweckmäßig in Gestalt-einer konischen Schraube gewickelt.
In der Zeichnung ist eine Vakuumidestillationsanlage dargestellt, welche mit einem Oberflächenkondensator ausgerüstet ist, von dem der Gasschleier gemäß der Erfindung fortlaufend abgepumpt wird.
Der in der Destillationsblase erzeugte Dampf tritt, mit Gas vermischt, durch das Dampfrohr 2 in die Destillationskammer 3 ein. In dieser befindet sich der aus einem in Form einer konischen Schraube gewickelten, von der Kühlflüssigkeit in Pfeilrichtung durchströmten Metallrohr hergestellte Oberflächenkondensator 4, so daß er die Destillationsblase I von dem Pumpenrohr 6 und der Pumpe 7 trennt. Der Dampf kondensiert sich an der gekühlten Oberfläche, damit bildet sich auf dieser der bis zu der punktierten Grenzlinie reichende Gasschleier aus.
Wegen des zu engen Abstandes innerhalb der Rohrschlange bildet sich in Richtung zur Pumpe eine laminare Strömung aus, welche den Gasschleier fortlaufend entfernt. Hinter der Schlange 4 können sich eine oder mehrere Rohrschlangen befinden, um Dampf niederzuschlagen, welcher mit dem Gasschleier zur Pumpe abströmt. Dabei wird der Kühlmittelstrom zweckmäßig so geleitet, daß er die der Pumpe zunächst liegende Lage zuerst, die von der Pumpe am weitesten entfernt liegende Lage zuletzt durchströmt, d. h. daß sich Klühlmittel und Gas-Dampf-Gemisch im Gegenstrom befinden. Das Gas gelangt durch das Pumpenrohr 6 in die Pumpe 7 und von dort ins Freie. Die kondensierte Flüssigkeit läuft in dem Raum 8 zusammen und kann durch- den Hahng abgezogen und weiterer Verwendung zugeführt werden.
Da der Gasschleier nach der Erfindung schon während seiner Entwicklung laufend beseitigt wird, entfällt die mit ihm verbundene Erhöhung des Dampfdruckes im Rezipienten. Die Wirkungsweise eines nach dem Vorschlag der Erfindung aufgebauten Oberflächenkondensators ist aus diesem Grunde höher als diejenige von Oberflächenkondensatoren, von welchen der Gasschleier nicht abgepumpt werden kann.
Eine andere Möglichkeit zur Beseitigung des Gas schleiers besteht in der Anwendung mechanischer Mittel, welche ihn fortlaufend von der Ober-Räche abstreifen, beispielsweise mittels einer über die Oberfläche geführten Schaufel, oder dadurch, daß das Gas durch ein im Innern des Destillationsraumes nahe der Oberfläche angeordneten Schleuderrad entfernt wird.

Claims

PATENTANSPRUCHE: I. Oberflächenkondensator zur Destillation im Vakuum, insbesondere bei Drucken unter 20 mm Hg., gekennzeichnet durch eine Einrichtung, durch die der sich auf der Kondensationsfläche bei der Destillation bildende Gas schleier fortlaufend beseitigt wird.
2. Oberflächenkondensator nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine über die Kondensationsfläche bewegte Schaufel zum Abschälen des Gasschleiers.
3. Oberflächenkondensator nach Anspruch I, gekennzeichnet durch ein in der Destillationskammer angeordnetes, den Gas schleier zerteilendes umlaufendes Rad.
4. Oberflächenkondensator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche von einer durchbrochenen Scheidewand gebildet wird, die denDampfraum von der Pumpe trennt.
5. Oberflächenkondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der t)ffnungen der Scheidewand so klein gehalten sind, daß sie vom Gasschleier ausgefüllt werden.
6. Oberflächenkondensator nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand aus einem schraubenförmig gewundenen, von Kühlmittel durchströmten Metallrohr bebesteht.
7. Oberflächenkondensator nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durchbrochene Scheidewände in der Strömungsrichtung des Dampf-Gas-Gemisches hintereinander angeordnet sind und das Dampf-Gas-Gemisch und das Kühlmittel sich im Gegenstrom bewegen.