DE970432C - Process for separating mixtures of substances by distillation - Google Patents

Process for separating mixtures of substances by distillation

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DE970432C DEP27731A DEP0027731A DE970432C DE 970432 C DE970432 C DE 970432C DE P27731 A DEP27731 A DE P27731A DE P0027731 A DEP0027731 A DE P0027731A DE 970432 C DE970432 C DE 970432C
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    • 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

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. SEPTEMBER 1958ISSUED SEPTEMBER 18, 1958

p 27731 IFc/ 12 a Dp 27731 IFc / 12 a D

Es ist bekannt, daß die Trenngüte, welche bei Destillationen erreicht wird, in hohem Maße durch die Benutzung von Fraktioniersäulen verbessert werden kann. Es ist weiter bekannt, daß, insbesondere für Destillationen im Laboratorium, Fraktioniersäulen, welche aus einem senkrecht gestellten zylindrischen, nach außen thermisch isolierten Rohr bestehen, besondere Vorteile besitzen. Die Vorteile bestehen unter anderem darin, daß der aerodynamische Widerstand, den solche Säulen dem aufsteigenden Dampfe bieten, klein ist, daß ferner der Betriebsinhalt, das heißt die zwischen Blase und Kondensationsstelle befindliche Substanzmenge, gering ist und dann mit diesen Vorteilen außerdem eine hohe Trenngüte verbunden werden kann.It is known that the separation quality, which is achieved in distillations, to a large extent by the Use of fractionation columns can be improved. It is also known that, especially for Distillations in the laboratory, fractionation columns, which consist of a vertically positioned cylindrical, Outwardly thermally insulated pipe exist, have special advantages. The advantages are there among other things in the fact that the aerodynamic resistance such pillars give to the rising vapor offer, is small that also the operating content, that is between the bubble and the condensation point amount of substance located is low and then with these advantages also a high quality of separation can be connected.

Es sind auch Anordnungen bekannt, bei welchen die Fraktioniersäule aus zwei konzentrischen Rohren besteht, zwischen welchen der Dampf hochsteigt; sie bieten ähnliche Vorteile wie die ersterwähnten Säulen, welche aus senkrecht gestellten Rohren mit kreisrundem Querschnitt gebildet werden.Arrangements are also known in which the fractionating column consists of two concentric tubes exists between which the steam rises; they offer advantages similar to those of the first mentioned pillars, which are formed from vertically positioned tubes with a circular cross-section.

Im einschlägigen Schrifttum sind viele Versuche beschrieben, die sich mit dem Zusammenhang zwischen Trenngüte und Dampfaufströmgeschwindigkeit beiIn the relevant literature, many attempts are described which deal with the connection between Separation quality and steam upflow velocity at

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solchen Fraktioniervorrichtungen befassen. Auf Grund solcher Angaben war man bisher im allgemeinen der Ansicht, daß beispielsweise bei Fraktioniersäulen mit kreisrundem Querschnitt und einem Rohrdurchmesser von o,3 cm die erreichbare Trenngüte ansteigt, wenn die Geschwindigkeit u, mit welcher der Dampf in der Säule hochsteigt, abnimmt, so lange, bis u einen untern Grenzwert von etwa 3 cm/sec erreicht hat und dann eine Verbesserung der Trenngüte durch weitere Erniedrigung der Dampf geschwindigkeit u nicht mehr möglich sei, ja daß bei stärkerer Erniedrigung von u eine Destillation überhaupt rasch unmöglich werde. Theoretisch wurde zwar auch bereits eine Dampfaufströmgeschwindigkeit erörtert, die unter dem genannten Wert von 3 cm/sec liegt; es wurde ihr aber keine praktische Bedeutung beigemessen, weil man Schwierigkeiten sah, solche niedrige Dampfgeschwindigkeiten in einer Säule zu erzeugen und zu stabilisieren. deal with such fractionators. On the basis of such information, it was generally of the opinion that in fractionating columns with a circular cross-section and a tube diameter of 0.3 cm, for example, the achievable separation quality increases if the speed u at which the steam rises in the column decreases for so long until u untern a limit of about 3 cm / sec was reached and then an improvement in the separation quality was no longer so that u of a distillation at all will rapidly impossible at higher degradation by further lowering the vapor velocity u possible. Theoretically, a steam upflow velocity has already been discussed which is below the stated value of 3 cm / sec; but no practical importance was attached to it because difficulties were seen in generating and stabilizing such low vapor velocities in a column.

Die Erfindung besteht nun darin, daß der Rücklauf am oberen Ende der Säule unter Luftausschluß erzeugt wird. Hierdurch wird es möglich, Dampfaufströmgeschwindigkeiten von erheblich niedrigerem Wert als 3 cm/sec in der Säule oder in einer Kolonne zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Ist nämlich am obern Ende der Destillierkolonne Luft zugegen, wie dies bei den bisherigen, aus Rohren bestehenden Destülierkolonnen der Fall ist, so dringt die Luft infolge ihrer großen Diffusionsfähigkeit aus der Umgebung der Kondensationsstelle in die tiefer gelegenen Teile der Fraktioniervorrichtung vor und stört dadurch den Vorgang der Destillation. Der Ausschluß der Luft aus der Umgebung der Kondensationsstelle, an welcher der Rücklauf erzeugt wird, läßt sich dadurch erreichen, daß die Fraktionierkolonne oberhalb der genannten Kondensationsstelle nach oben hin gasdicht abgeschlossen wird und daß das zu entnehmende Trenngut aus diesem Raum mit Hilfe einer überhitzten Sonde mit der gewünschten Geschwindigkeit herausgesaugt wird. Die Abwesenheit von Luft in der Umgebung der für die Erzeugung des Rücklaufs vorgesehenen Kondensationsstelle hat ihrerseits zur Folge, daß die Temperatur an der gegen den Dampfraum grenzenden Oberfläche des Kühlers nur wenig unterhalb der Siedetemperatur liegt, welche das zu destillierende Gemisch bei dem sich bei der Destillation einstellenden Druck besitzt. Das ist eine Maßnahme, welche sich aus der erwähnten Forderung, daß die Erzeugung des Rücklaufes unter Luftausschluß vorzunehmen sei, zwangläufig ergibt. Im Gegensatz dazu liegt bei bekannten Destillationsverfahren ohne Luftausschluß im Bereich des Kondensators die Temperatur des kondensierenden Destillats wesentlich unterhalb der Sättigungstemperatur bei dem von außen eingestellten Destillationsdruck, was die Anwesenheit von unkondensierbarem Gas, z. B. Luft, voraussetzt.The invention consists in that the return is generated at the upper end of the column with the exclusion of air will. This makes it possible to use considerably lower steam upstream speeds Achieve and maintain a value of 3 cm / sec in the column or in a column. Is namely on Air is present at the top of the distillation column, as was the case with the previous tubes If distilling columns is the case, the air penetrates from the environment due to its great diffusivity the condensation point into the deeper parts of the fractionation device and interferes with it the process of distillation. The exclusion of air from the vicinity of the condensation point at which the reflux is generated, can be achieved that the fractionating column above the said Condensation point is sealed gas-tight towards the top and that the separating material to be removed sucked out of this space with the help of an overheated probe at the desired speed will. The absence of air in the vicinity of the one intended for the generation of the return flow The condensation point in turn has the consequence that the temperature is adjacent to the vapor space The surface of the cooler is only slightly below the boiling point, which the mixture to be distilled is at the pressure established during the distillation. This is a measure resulting from the mentioned requirement that the generation of the return is to be carried out with exclusion of air, inevitably results. In contrast, in known distillation processes without exclusion of air is in the range of the condenser, the temperature of the condensing distillate is significantly below the saturation temperature at the externally set distillation pressure, indicating the presence of non-condensable Gas, e.g. B. Air, requires.

Die Notwendigkeit des Luftausschlusses erhellt aus einem Versuch, bei welchem ein Gemisch von Benzol und Tetrachlorkohlenstoff mit der Geschwindigkeit U0 in einem Rohr von der Länge L = 30 cm und einem Radius von R = 0,3 cm destilliert wurde. Wenn die Erzeugung des Rücklaufes unter Luftausschluß vorgenommen wurde, ergab sich, wie schon erwähnt, eine Trenngüte entsprechend einer idealen Bodenzahl η = ioo; wurde bei sonst gleichen Bedingungen der Rücklauf durch Abkühlung des obern Rohrendes auf 250C unter Luftzutritt erzeugt, so entsprach die Trenngüte nur noch einer idealen Bodenzahl 20.The need to exclude air is evident from an experiment in which a mixture of benzene and carbon tetrachloride was distilled at the rate U 0 in a tube with a length of L = 30 cm and a radius of R = 0.3 cm. If the return flow was generated with the exclusion of air, the result, as already mentioned, was a separation quality corresponding to an ideal number of plates η = 100; the return was generated by cooling the upper tube end at 25 0 C with admission of air under otherwise identical conditions, corresponded to the separation quality only an ideal plate number twentieth

Es hat sich nun weiter gezeigt, daß Destillationen bei kleineren Dampfaufströmgeschwindigkeiten als 3 cm/sec bei passender Wahl von u eine bedeutende Steigerung der Trenngüte gegenüber den bisher als optimal angesehenen Werten ergeben. Insbesondere wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit u, mit welcher der Dampf in der Säule hochsteigt, dann ein Maximum an Trenngüte liefert, wennIt has now also been shown that distillations at lower steam upflow speeds than 3 cm / sec with a suitable choice of u result in a significant increase in the separation quality compared to the values previously considered to be optimal. In particular, it has been found that the speed u at which the vapor rises in the column provides a maximum of separation quality when

gemacht wird. D ist dabei die Diffusionskonstante im Dampfgemisch, α der Radius des kreiszylindrischen Destillierrohres.is made. D is the diffusion constant in the vapor mixture, α the radius of the circular cylindrical distillation tube.

Für ein Gemisch von Benzol und Tetrachlorkohlenstoff ist beispielsweise bei Atmosphärendruck D = 2 · 10-2 cm2/sec, so daß sich bei einem Rohrradius a = 0,3 cm für die optimale Geschwindigkeit ein Wert von M0 = 0,13 cm/sec ergibt. Mit einem Fraktionieraufsätz von 30 cm Länge und einem Radius von 0,3 cm wurde bei der Geschwindigkeit W0 mit einem Gemisch von Benzol und Tetrachlorkohlenstoff eine ideale Bodenzahl η — ioo erreicht. Bei der bisher als optimal betrachteten Geschwindigkeit u = 3 cm/sec wurde dagegen nur eine Bodenzahl η = 17,5 erhalten (vgl. z. B. Rose, Ind. Eng. Chem. J. E., 28 [1936], 1210). Mit u = 0,25 cm/sec wurde die Bodenzahl 95, also gegenüber der bisher als maximal erreichbaren Zahl immer noch eine Steigerung auf das 5,4fache beobachtet. Erst bei einer Senkung der Dampfgeschwindigkeit unter den für U0 angegebenen Wert wurde ein tatsächlicher Abfall der Trenngüte beobachtet. For a mixture of benzene and carbon tetrachloride, for example, at atmospheric pressure D = 2 x 10 -2 cm 2 / sec, so that 0 = 0.13 cm / in a tube of radius a = 0.3 cm for the optimal speed, a value of M sec results. With a fractionation attachment 30 cm in length and a radius of 0.3 cm, an ideal plate number η- 100 was achieved at the speed W 0 with a mixture of benzene and carbon tetrachloride. At the speed u = 3 cm / sec previously considered to be optimal, however, only a tray number η = 17.5 was obtained (cf. e.g. Rose, Ind. Eng. Chem. JE, 28 [1936], 1210). With u = 0.25 cm / sec, the number of trays was 95, i.e. an increase of 5.4 times as compared to the maximum achievable number up to now. An actual decrease in the separation quality was only observed when the steam speed fell below the value specified for U 0.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß die bisher erzielte Dampfaufströmgeschwindigkeit gegenüber dem Wert u0, welche die beste Trenngüte liefert, etwa 23 mal größer ist, und es zeigt sich, daß die mit einer Fraktioniersäule erreichbare Zahl der Böden über den bisher als erreichbar angesehenen Wert erheblich gesteigert werden kann, wenn man die Dampfgeschwindigkeit gegenüber dem bisher durchführbaren Wert auf Grund der Erfindung wesentlich vermindert.From what has been said, it can be seen that the steam upflow speed achieved so far is about 23 times greater than the value u 0 , which provides the best separation quality, and it can be seen that the number of trays achievable with a fractionating column is above the value previously considered achievable can be increased considerably if the steam speed is significantly reduced compared to the value previously feasible on the basis of the invention.

Die in Gleichung (1) erwähnte Diffusionskonstante kann aus Tabellen entnommen oder in bekannter Weise aus den Molekulargewichten und den gaskinetischen Stoßquerschnitten der Moleküle berechnet werden.The diffusion constant mentioned in equation (1) can be taken from tables or in a known manner can be calculated from the molecular weights and the gas-kinetic collision cross-sections of the molecules.

Die Erzeugung der Dampfgeschwindigkeit u wird in an sich bekannter Weise am besten durch Regulierung der Wärmezufuhr zur Destillationsblase vorgenommen. Um in dem vorstehend genannten Beispiel eine Dampfgeschwindigkeit u00,13 cm/sec in änem Rohr von 0,3 cm Radius zu erzeugen, sind 0,037 cm8 Dampf pro Sekunde notwendig, was bei Atmosphärendruck und 800C einer Dampfmenge von i,3 · io-8mol/sec und demgemäß bei einer molaren Verdampfungswärme des Gemisches von 7ooocal/mol dne Wärmemenge von 9 · io~3 cal/sec bedeutet.The generation of the steam speed u is best carried out in a manner known per se by regulating the supply of heat to the still. To in the aforementioned example, a steam velocity u 0 to 0.13 cm / sec in änem tube of 0.3 cm radius to produce, 0.037 cm8 steam per second are necessary, which at atmospheric pressure and 80 0 C a vapor amount of i, 3 · Io- 8 mol / sec and accordingly with a molar heat of vaporization of the mixture of 7ooocal / mol means a heat quantity of 90 ~ 3 cal / sec.

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Damit diese Dampfgeschwindigkeit in der ganzen Fraktioniersäule erhalten bleibt, ist es notwendig, die Destillationsblase selbst sowie die Säule nach außen thermisch gut zu isolieren, was wiederum mit bekannten Mitteln, wie Vakuummantel oder Mantel mit siedender Flüssigkeit, erreicht werden kann.So that this vapor velocity is maintained in the whole fractionating column, it is necessary that the The distillation still itself and the column are thermally well insulated from the outside, which in turn is known Means such as vacuum jacket or jacket with boiling liquid can be achieved.

Wird als Fraktioniersäule anstatt eines senkrechten Rohres mit kreisrundem Querschnitt ein Paar von planparallelen Platten, welche in einem Abstande 2«Used as a fractionation column instead of a vertical tube with a circular cross-section, a pair of plane-parallel plates, which are at a distance of 2 "

ίο voneinander aufgestellt sind, verwendet, oder besteht die Fraktioniersäule, was praktisch genommen auf dasselbe herauskommt, aus einem zylindrischen Hohlraum mit kreisringförmigem Querschnitt, wie er von zwei konzentrischen Rohren, deren Radien sich um den Betrag 2 α voneinander unterscheiden, erzeugt wird, so wurde gefunden, daß ein Maximum an Trenngüte dann erreicht wird, wenn die Geschwindig-ίο are set up from each other, used, or consists of the fractionating column, which practically comes out on the same thing, of a cylindrical cavity with a circular cross-section, as it was created by two concentric tubes, the radii of which differ from each other by the amount 2 α found that a maximum of separation quality is achieved when the speed

1/2"· Ώ
keit des aufsteigenden Dampfes U0. P = -1 ge-
1/2 "· Ώ
speed of the rising steam U 0 . P = - 1 ge

ao macht wird. Ein praktisch befriedigendes Resultat wird erzielt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen dem Ein- bis Zehnfachen desao will do. A practically satisfactory result is achieved when the flow velocity in a range between one to ten times the

BetragesAmount

liegt.lies.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Trennung von Substanzgemischen in einer Fraktioniersäule, bei welcher der dem aufsteigenden Dampf und dem herabströmenden Kondensat zur Verfügung stehende Raum von wärmeisolierenden Wänden umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf am oberen Ende der Säule unter Luftausschluß erzeugt wird.1. A method for separating mixtures of substances in a fractionation column, in which the the space available for the rising steam and the falling condensate heat-insulating walls is enclosed, characterized in that the return on upper end of the column is generated in the absence of air. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Wärmezufuhr zur Destülationsblase zu regelnde Dampfaufströmgeschwindigkeit gleich dem Ein- bis Zehnfachen des Betrages -^— gemacht wird (D = Diffusionskonstante des Dampfes, a = Radius der Säule). 2. The method according to claim 1, characterized in that the steam upflow rate to be regulated by the supply of heat to the distillation vessel is made equal to one to ten times the amount - ^ - (D = diffusion constant of the steam, a = radius of the column). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Säule zu entnehmende Trenngut mit Hilfe einer überhitzten Sonde herausgesaugt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the column to be removed The material to be separated is sucked out with the help of an overheated probe. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 699 767.
Considered publications:
German patent specification No. 699 767.
© 809 615/41 9.54© 809 615/41 9.54
DEP27731A 1942-03-06 1948-12-29 Process for separating mixtures of substances by distillation Expired DE970432C (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE699767C (en) * 1934-12-23 1940-12-05 I G Farbenindustrie Akt Ges Rectification plant

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE699767C (en) * 1934-12-23 1940-12-05 I G Farbenindustrie Akt Ges Rectification plant

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