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Glodkenboden für Destillationskolonnen od. dgl.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Verbesserung
an Destillationskolonnen oder ähnlich gebauten Einrichtungen; in denen ein Stoff-
und/oder Wärmeaustausch zwischen abfließenden Flüssigkeiten und aufsteigenden basen
oder Dämpfen stattfindet, und die mit Glockenböden zur Verstärkung des gewünschten
Austausches versehen sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausgestaltung
solcher Glockenböden.
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Es ist bekannt, daß bei Destillationskolonnen mit großem Durchmesser
die Oberfläche des auf den Glockenböden mittels geeigneter tlberlaufwehre aufgestauten
Kondensates keine horizontale Ebene bildet, sondern in der Nähe des Zulaufes des
Kondensates vom darüberliegenden Boden höher steht als in der Nähe des Ablaufs zum
nächst tieferen Boden. Dieses zwangläufig eintretende Niveaugefälle, das unter anderem
auch noch stark von der in der Zeiteinheit durchgesetzten Flüssigkeitsmenge abhängig
ist, hat den Nachteil, daß die Dämpfe in erster Linie durch die Glocken in der Nähe
der Ablaufkante durchtreten, während die Glocken an der Zulaufkante mehr oder weniger
tot liegen.
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Es sind die verschiedensten Vorschläge gemacht worden, um die aufgezeigten
Schwierigkeiten zu beheben. So ist z. B. vorgeschlagen worden, auf waagerechten
und glatt durchgehenden Glockenböden mit in üblicher Weise völlig gleichmäßig
eingestellten
Glocken eine oder mehrere Stauleisten vorzusehen, deren Höhe jedoch niedriger ist
als die des Ablaufwehres. Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise praktisch nur
die Flüssigkeitsströmung am Boden des Glockenbodens beeinflußt werden kann. Eine
gleichmäßige Tauchung aller auf demselben Boden befindlichen Glocken ist jedoch
durch diese Maßnahme nicht zu erreichen.
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Ein weiterer Vorschlag zur Beeinflussung des Flüssigkeitsniveaus
auf den Böden geht dahin, die ablaufende Flüssigkeit nicht von einer Seite des Bodens
zur anderen fließen zu lassen, sondern sie dem äußeren Rand des Bodens möglichst
gleichmäßig zuzuführen und durch eine zentrale Öffnung des Bodens ablaufen zu lassen.
Jedoch ist auch dieser Vorschlag nicht geeignet, das Problem zufriedenstellend zu
lösen, aus den in der Einleitung erwähnten Gründen.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, die glatten Böden vonDestillationskolonnen
od. dgl., auf denen zum Zwecke des Stoff- und Wärmeaustausches mit aufsteigenden
Dämpfen Kondensat angestaut wird, welches anschließend auf den nächst tieferen Boden
abfließt, stufenförmig auszubilden und auf jeweils funktionell aufeinanderfolgende
Stufen jedes Bodens ein die Höhe der Kondensatschicht bestimmendes Überlaufwehr
anzuordnen. Die stufenförmige Ausbildung der Böden erfolgte dabei entweder nach
Art einer Treppe mit parallel laufenden Kanten, die gleichzeitig als Überlaufwehr
dienten oder in der Form, daß die einzelnen Stufen eines Bodens die Form von konzent-risch
ineinanderliegenden Ringen hatten.
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Die Erfindung hat eine Verbesserung von stufenförmig ausgebildeten
Glockenhöden zum Ziel. Gemäß der Erfindung werden die Stufen der Glockenböden sektorförmig
und nach Art einer um die Achse der Kolonne umlaufenden Wendeltreppe ausgeführt.
Die einzelnen Kreissektoren oder kreissektorähnlichen Flächen werden dabei im wesentlichen
von je zwei unter einem bestimmten Winkel zueinander stehenden, radial verlaufenden
Wehren und der Wand der Kolonne begrenzt. Das Kondensat läuft auf dem obersten Sektor
eines Bodens auf, fließt sodann über radial gerichtete Uberlaufwehre von einem Sektor
zum nächst tieferliegenden Sektor, dabei die Achse der Kolonne umkreisend, und läuft
-dann vom letzten Sektor eines Bodens unmittelbar auf den obersten Sektor des nächst
tieferen Bodens.
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Die wendeltreppenartige Ausbildung der Glodnböden hat gegenüber den
bekannten, stufig ausgebildeten Glockenböden den Vorteil, daß es nicht notwendig
ist, die Flüssigkeit auf jedem Boden ganz um die Kolonnenachse herumzuführen, falls
es bei Böden mit großem Durchmesser erwünscht sein sollte, mit Unterteilung des
Rückflusses zu arbeiten. Man kann z. B. einen sogenannten Zweiflutboden in der Weise
ausbilden, daß der herabfließende Flüssigkeitsstrom in zwei Teilströme unterteilt
wird, derart, daß jeder Teilstrom auf dem einen Boden nur über die eine Hälfte und
auf dem nächst tieferen Boden über die andere Hälfte der sektorenförmigen Stufen
im gleichen Umlaufsinn fließt. Die im wesentlichen senkrecht aufsteigenden Dämpfe
kommen dann zwangläufig mit beiden Teilströmen in regelmäßigem Wechsel in Berührung,
so daß die ganze Kolonne in allen Teilen vollkommen gleichmäßig arbeitet, insbesondere
auch dann, wenn man den Flüssigkeitsstrom in mehr als zwei Teilströme unterteilt.
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In den Abbildungen ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung dargestellt, und zwar zeigt Fig I eine perspektivische Ansicht und Fig.
2 einen Grundriß eines Glockenbodens mit sektorenförmiger Anordnung der einzelnen
Stufen; Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung
und Fig. 4 ein GrundriB dazu.
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Der Glockenboden gemäß Fig. r und 2 - die Glocken sind der Übersichtlichkeit
halber weggelassen~ ist beispielsweise in drei Kreissektoren I, 2 und 3 unterteilt.
Das Kondensat gelangt durch die Leitung 4 auf einen Hilfssektor 5, der durch das
Wehr 6 von der ersten Stufe I abgetrennt ist. Diese Stufe I ist in sich waagerecht
und wird durch das Wehr 7 von der nächsten Stufe 2 abgetrennt. Das Wehr 7 ist so
ausgebildet, daß das Kondensat in der Hauptmenge nahe dem äußeren Rand der Stufe
auf die folgende Stufe 2 überfließen kann. Zu diesem Zweck ist das Wehr 7 mit einem
Ausschnitt 8 versehen, der sich vom Rand der Stufe her ein Stück weit in Richtung
auf den Mittelpunkt des Bodens hin erstreckt.
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Der Boden der folgenden Stufe 2 hat ein etwas tieferes Niveau als
der der vorhergehenden Stufe 1, ist aber ebenfalls in sich waagerecht. Das Abschlußwehrg
der Stufe 2 ist in der gleichen Weise ausgebildet wie das Wehr 7. Von der Stufe
9 gelangt das Kondensat über das Wehr 9 auf die dritte Stufe 3, die wiederum um
einen gewissen Betrag tiefer liegt als die vorhergehende Stufe, aber. ebenfalls
in sich waagerecht ist. Schließlich fließt das Kondensat über das Wehr 10 in den
Ablaufstutzen II und von dort auf den nächst tieferen Boden, der vorzugsweise in
gleicher Weise ausgebildet ist wie der darüberliegende Boden. Es ist also eine gleichmäßige
Tauchung aller Glocken, und zwar sowohl der Glocken auf derselben Stufe als auch
aller Glocken derselben Böden gewährleistet, wobei gleichzeitig die Flüssigkeitsströmung
auf übereinanderliegenden Böden gleichsinnig ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist jeder Boden durch eine durchgehende
Trennwand20 in zwei Hälften unterteilt, derart, daß keine Flüssigkeit von der einen
Hälfte des Bodens auf die andere Hälfte desselben Bodens gelangen kann. Im übrigen
ist dann weiterhin jede dieser Bodenhälften in der bereits im Zusammenhang mit Fig.
1 beschriebenen Weise durch Überlaufwehre in mehrere Stufen unterteilt.
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Der Bodenhälfte 21 wird Flüssigkeit durch das Rohr 22 zugeführt.
Diese Flüssigkeit fließt über das Hilfswehr 23 auf die Stufe 24 und von dort
über
das Wehr 25 auf die Stufe 26. Von dort aus gelangt die Flüssigkeit über das Hilfswehr27
in das Ableitungsrohr 28, durch welches die Flüssigkeit auf die andere Hälfe 29
des darunterliegenden Bodens gelangt. Die Flüssigkeit durchläuft diesen Boden im
selben Uhrzeigersinne und gelangt schließlich zu der Ablauföffnung 30, durch die
sie dann auf den nächst tieferen Boden ablaufen kann.
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Der Bodenhälfte 3I wird dann durch das Zuführungsrohr 32 Flüssigkeit
zugeleitet, die dann über die verschiedenen Wehre der Bodenhälfte 31 ebenfalls im
gleichen Uhrzeigersinne fließt, bis sie zu dem Ablaufrohr 33 gelangt, durch welches
die Flüssigkeit schließlich auf die entgegengesetzt liegende Hälfte des darunterliegenden
Bodens abfließen kann. Es sind also in der ganzen Kolonne zwei Flüssigkeitsströme,
die völlig getrennt voneinander sind, in Umlauf, die abwechselnd einmal auf der
linken Hälfte der Kolonne mit dem Gasstrom und dann auf der rechten Hälfte der Kolonne
mit dem Gasstrom in Berührung kommen und umgekehrt. Diese Art der Unterteilung des
Flüssigkeitsstroms bringt den besonderen Vorteil einer sehr gleichmäßigen Durchmischung
von Flüssigkeit und von herunterlaufender Flüssigkeit und aufsteigendem Gas. Gegebenenfalls
kann der Boden auch in mehr als zwei getrennt voneinander arbeitende Teile unterteilt
werden.