DE957119C - Vorrichtung zur Rektifikation von Mehrstoffgemischen - Google Patents

Description

Die Trennung eines Gemisches aus mehreren Flüssigkeiten durch Rektifikation in Füllkörper-oder Bodenkolonnen bereitet um so größere Schwierigkeiten, je niedriger der an der Dampf eintrittsstelle der Säule zuzulassende absolute Druck ist. So scheidet beispielsweise die Verwendung von Glokkenbodenkolonnen aus, wenn der zulässige Vordruck geringer ale die durch die Tauchtiefe der Glocken und die Dichte des flüssigen Kolonneninhaltes gegebene statische Widerstandshöhe ist. Im Gegensatz dazu ist eine Rektifikation in Füllkörperkolonnen zwar auch bei den niedrigsten Drücken, prinzipiell möglich. Ihre praktische Verwendbarkeit ist jedoch vielfach aus wirtschaftlichen Gründen begrenzt, damit steigendem Vakuum die mit Rücksicht auf den Druckabfall zulässige Mengengeschwindigkeit des zu trennenden Dampfgemisches und damit die nutzbare Destillationsmenge immer kleiner wird. Zudem liegt die winfrschaftliche Grenze des zulässigen Betriebsdruckes der Kolonne und damit die Siedetemperatur des zu trennenden Gemisches um so höher, je größer das sich aus den Gleichgewichtsverhältniissen der Stoffe ergebende notwendige Aiindestrücklaufverhärtnis ist.

Es wurde nun gefunden, daß sich die Rektifikation von Mehrstoffgemischen auch bei sehr niedrigen Drücken in einfacher Weise durchführen! läßt, wenn man eine Vorrichtung verwendet, bei der die Verdampfung in einer dünnen Schicht an der

Innenseite eines von außen beheizten, zylindrischen Rohres vorgenommen wird, in dem ein mit Flügeln versehener Rotor umläuft, der die Flüssigkeit zu einer dünnen Schicht ausbreitet und der erfmdungsgemäß als Kühler ausgebildet ist, so daß das an seiner Oberfläche gebildete Kondensat der in axialer Richtung strömenden verdampfenden Flüssigkeit wieder zugeführt wird, wodurch der für eine.Rektifikation erforderliche Rücklauf erzeugt wird. Die ίο Entnahme von Dampf, Flüssigkeit oder beiden Medien erfolgt zweckmäßig an verschiedenen Stellen des Ringspaltes zwischen Rotor und beheiztem Zylinder.

Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung und ihre Wirkungsweise ist in Abb. 1 dargestellt. Das zu trennende Flüssigkeitsgemisch wird bei A dem Innern des zylindrischen Verdampfers B zugeleitet, vereinigt sich dort mit dem Rücklaufkondensat und wird durch die bis nahe an die Wandung reichenden Flügel C des Rotors D über die Innenfläche des Zylinders B verteilt. Durch den Stauring E, bei schräg oder senkrecht stehendem Zylinder auch durch die Schwerkraft, wird bewirkt, daß sich die Flüssigkeit nur nach dem einen Zylinderende bewegt. Die gebildeten Dämpfe strömen in entgegengesetzter Richtung. Der Rotor D und¹ die mit ihm wärmeleitend verbundenen und aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Flügel C, die demnach auch als Kühler wirken, werden ganz oder längs einer einstellbaren Strecke F der gesamten Länge G durch Flüssigkeiten oder Gase entsprechender Temperatur gekühlt. Da an in radialer Richtung gegenüberliegenden Flächenelementen von Rotor und Zylinder das gebildete Kon>densat immer reicher an Schwersiedendem als der nach unten fließende Flüssigkeitsfilm ist, wirkt der zwischen der Zulaufstelle A der zu rektifizierenden Flüssigkeit bis zur DampfaustrittS'stelle Ä' liegende Teil der Vorrichtung wie die Verstärkersäule einer üblichen Kolonne. Dieser Teil besitzt jedoch wegen des großen freien Strömungsquerschnittes bei gleichem Mengendurchsatz einen viel geringeren Druckabfall. Der Teil der Vorrichtung zwischen Zulaufstelle A und dem unteren Ende der gekühlten Strecke F wirkt wie eine Abtriebssäule, die restliche Zylinderfläche bis zur Austrittsstelle / als reine Ausdampfvorrichtung. Die nur teilweise Kühlung des Rotors ist dann z. B. von Vorteil, wenn, die hochsiedenden¹ Anteile eine so große Viskosität besitzen, daß ihr Abfließen vom Rotor zum Zylinder nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit erfolgt.

Bei der Rektifikationr von Mischungen aus mehr als zwei Bestandteilen können diese in reiner Form an in geeigneter Lage angebrachte Öffnungen (K, K) dampfförmig oder flüssig (L, L) entnommen werden. Die Kondensation der aus der Vorrichtung austretenden Dämpfe erfolgt in Kühlern M, die unter dem gleichen Druck stehen.
Es ist zwar bekannt, Rektifikationen mit sich drehenden Kondensatoren in einem Ringspalt durchzuführen. .Die bisher verwendeten Rotoren hatten jedoch die Form von Kreiszylindern. Dies hat zur Folge, daß das Kondensat unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in Form von mehr oder minder feinen Tröpfchen abspritzt, die von den axial strömenden Dämpfen mitgeführt werden und dadurch die Reinheit der Fraktionen verringern. Eine hinreichende Trennung kann mit derartigen Vorrichtungen deshalb nur durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit der in axialer Richtung strömenden Dämpfe und damit die Mengenleistung verhältnismäßig klein ist. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn man nach Abb. 2 die Profile von Rotorfläche und Flügeln so wählt, daß ihre Schnittkurve mit einer achsensenkrechten Ebene in jedem Punkt zum Radius nach der Achsenmitte eine von einem rechten. Winkel verschiedene Neigung aufweist, d. h. wenn der Winkel Λ* der Tangente O gegen- den Radius überall kleiner oder größer als 90⁰ gehalten wird. In diesem Fall wirkt auf jedes gebildete Kondensatteilehen eine Fliehkraftkomponente, die es beim Entstehen ausbreitet und als einen längs der Oberfläche gleitenden Film ohne Bildung von Tröpfchen nach der Zylinderwand führt, Λνο es sich mit der siedenden Flüssigkeit vereinigt.

Durch die im Ringspalt wirkenden Fliehkräfte besitzt der Dampf an der Zylinderwand einen höheren Druck als an der Rotorfläche. Bei der Verwendung von achsenparal'lelen Flügeln bildet .sich deshalb besonders bei höheren Dichten des Dampfes leicht eine Sekundärströmung aus, die in der Nähe der beheizten Wand von der Zylindermitte nach beiden Enden, in der Rotornähe von beiden Enden nach der Zylindermitte gerichtet ist und sich der Hauptströmung überlagert. Die sich hierdurch ergebende unerwünschte Mischwirkung wird verringert, wenn man Flügel verwendet, die, von der Zylindermitte ausgehend, zur Richtung der Rotorachse im Sinne der Drehrichtung geneigt sind. Diese Maßnahme hat fernerhin den Vorteil, die Verweilzeit der rücklaufenden Flüssigkeit zu vergrößern. Die Abb. 3 zeigt als Beispiel den Verlauf der Kante eines Flügels, der in Form einer steilen Schraubenkurve angeordnet ist.

Vorrichtungen der beschriebenen Art lassen sich für die Rektifikation bei beliebigen Drücken verwenden und besitzen neben ihrer geringen Höhe den Vorteil des Wegfalls eines gesonderten Verdampfers. Durch den geringen Druckabfall im Ringspalt kann die Trennung auch bei sehr niedrigen Drükken bei guter Mengenleistung durchgeführt werden. Dies trifft besonders bei Vorrichtungen zur Rektifikation von Zweistoffgemischen zu, bei denen der einzige Kondensator, wie in Abb. 1 dargestellt, ohne wesentliche Verengung des Strömungsquerschnittes unmittelbar in einem sich an den Zylinder anschließenden Raum angeordnet werden kann.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Vorrichtung zur Rektifikation eines an der Innenwand eines beheizten zylindrischen Rohres verdampfenden Mehrstoffgemisches, das durch einen mit Flügeln versehenen Rotor zu einer dünnen Schicht ausgebreitet wird, dadurch ge-

   kennzeichnet, -daß der Rotor und gegebenenfalls auch die Flügel als Kühler ausgebildet sind, so daß sie als Rüekflußkühler wirken.
2. 2. Vorrichtung mach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel aus gut wärmeleitendem Werkstoff bestehen, und mit dem als Kühler ausgebildeten Rotor wärmeleitend verbunden sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor und Flügel solche Form besitzen, daß die Neigung der Schnittlinie mit einer achsensenkrechtent Ebene in jedem Punkt zu dem zu ihm gehörenden Radius eine von einem rechten Winkel verschiedene Neigung besitzt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel zur Richtung der Rotorachse geneigt sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor und gegebenenfalls Flügel nur auf einen einstellbaren Teil ihrer gesamten Länge als Kühler ausgebildet sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Entnahme von Dampf, Flüssigkeit oder beiden an verschiedenen Stellen des Ringspaltes zwischen Rotor und Innenseite des beheizten Zylinders..

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 401444, 710383; französische Patentschrift Nr. 972 575;
   schweizerische Patentschrift Nr. 270 246;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 308 008, 2 383 945,

   2538967;

   Ullmann, »Enzyklopädie der techn. Chemie«,

   3. Aufl., Bd. I, 1951, S. 159;

   »Industrial and Engineering Chemistry«, 1947, S. 687.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609 776 1.57