DE971625C - Fuellkoerpersaeule - Google Patents

Fuellkoerpersaeule

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DE971625C
DE971625C DEG3576A DEG0003576A DE971625C DE 971625 C DE971625 C DE 971625C DE G3576 A DEG3576 A DE G3576A DE G0003576 A DEG0003576 A DE G0003576A DE 971625 C DE971625 C DE 971625C
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DE
Germany
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DEG3576A
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English (en)
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Walter Dipl-Ing Fischer
Alfred Dr Phil Nat Marx
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Gesellschaft fuer Teerverwertung mbH
Original Assignee
Gesellschaft fuer Teerverwertung mbH
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Publication date
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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
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • 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
    • B01D3/26Fractionating columns in which vapour and liquid flow past each other, or in which the fluid is sprayed into the vapour, or in which a two-phase mixture is passed in one direction
    • B01D3/28Fractionating columns with surface contact and vertical guides, e.g. film action

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Füllkörpersäule Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllkörpersäule, z. B. auf eine mit Füllkörpern gefüllte Rektifizierkolonne, verhältnismäßig großen Querschnitts die in parallel geschaltete Einzelkolonnen unterteilt ist.
  • Es ist bekannt, daß auch bei gleichmäßiger Aufgabe der Rücklaufflüssigkeit auf den Kopf von Füllkörperkolonnen und bei Vermeidung der Verarmung ihres Zentrums an Flüssigkeit durch besondere Schüttung der Austausch zwischen Gasen bzw. Dämpfen und Flüssigkeit nicht in dem zu erwartenden Maße gleichförmig erfolgt, daß vielmehr ihr Trenneffekt, ausgedrückt in theoretischen Böden je m Kolonnenhöhe, mit zunehmendem Kolonnendurchmesser bei gleicher Kolonnenhöhe abnimmt.
  • Diese Abnahme des Trenneffektes bei zunehmendem Durchmesser bei sonst gleichem Betrieb und gleichen Bedingungen zeigen die in Fig. I dargestellten Ergebnisse von Versuchen mit Kolonnenquerschnitten von 50 bis 2000 mm Durchmesser, wobei der Trenneffekt von Füllkörpersäulen über 600 mm Durchmesser unter denjenigen der üblichen Glockenbödenkolonnen absinkt.
  • Der Austausch zwischen Flüssigkeit und Dämpfen ist theoretisch proportional der in der Kolonne mit Hilfe der Füllkörper geschaffenen Phasengrenzfläche. Praktisch ist diese Phasengrenzfläche nun keineswegs identisch mit der Gesamtoberfläche der eingebauten Füllkörper, und zwar selbst nicht bei praktisch idealer Gleichmäßigkeit der Berieselung und Beachtung der Schüttregeln für gleichmäßige Verteilung, da sich, wie nach den Versuchen zwingend angenommen werden muß, zwischen den Füllkörpern von den Dämpfen bevorzugte Kamine ausbilden, die neben den bevorzugten Flüssigkeitskanälen verhindern, daß die gesamte eingebaute Füllkörperoberfläche als Phasengrenzfläche zur Wirkung kommt.
  • Es wurde nun beobachtet, daß die Entstehung solcher Dämpfekamine innerhalb der Füllkörperpackung und im übrigen von bevorzugten Flüssigkeitskanälen um so ausgeprägter ist, je größer der Kolonnendurchmesser ist. Diese Erscheinung hängt außerdem noch ab von der Flüssigkeitsmenge, da die Entstehung solcher Kanäle und Kamine um so eher eintritt, je geringer die Flüssigkeitsmenge, bezogen auf den Kolonnenquerschnitt, ist und im übrigen auch je geringer die Dichte der Dämpfe, je gröber die Körnung der Füllkörper, je geringer der Druckverlust in der Kolonne und je höher die Kolonne ist, wobei die Bedeutung des Kolonnendurchmessers die der anderen Faktoren weit übersteigt.
  • Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Beobachtungen bewirken die Wände einer Kolonne offenbar eine mehr oder weniger zwangläufige Führung sowohl der herabrieselnden Flüssigkeit als auch der aufsteigenden Dämpfe, wobei sich diese Wirkung mit wachsendem Abstand der Wandung vom Zentrum progressiv verringert.
  • Diese Erscheinung gibt eine Erklärung für die Tatsache, daß, wie auf Grund der Versuchsergebnisse Fig. I, KurveI, gefunden wurde (bei praktisch gleichmäßiger Verteilung der Flüssigkeit am oberen Teil der Kolonne und Vermeidung einer bevorzugten Ablenkung in der Kolonne), der Austausch in Füllkörperkolonnen ebenso wirkungsvoll ist wie in Glockenbodenkolonnen gleicher Höhe, wenn der Kolonnendurchmesser in einer Größenordnung von unterhalb etwa 600mm und in den Teilkolonnen gleichgehalten wird, ja jene erheblich übertrifft, wenn der Durchmesser noch kleiner gewählt wird. Sei es, daß bei solchen kleineren Durchmessern die zwangläufig führende Wirkung der Wandung mehr zur Geltung kommt, sei es, daß hierbei infolge geringerer Druckdifferenzen quer zur Kolonnenachse die Bildung von Dämpfekaminen in geringerem Ausmaß eintritt, sei es, daß beide Faktoren zusammenwirken, jedenfalls nimmt, wie gefunden wurde, die Austauschwirkung von Füllkörperkolonnen mit abnehmendem Durchmesser nach einer logarithmischen Kurve zu.
  • Aus diesem Grunde wurde schon vorgeschlagen (USA.-Patentschrift 2 037 3I6), für größere Leistungen ein Bündel von Kolonnen kleineren Durchmessers in einen Apparat zusammenzufassen und durch komplizierte Vorrichtungen sowohl die Dämpfemengen als auch die - Rückflußmengen auf jede Einzelkolonne möglichst gleichmäßig zu verteilen, wobei für jede Einzelkolonne ein Einzeldephlegmator erforderlich wird und der gesamte Kolonnenapparat einen wesentlich größeren Durchmesser erhält als eine nicht unterteilte Kolonne, da zwischen den Einzelkolonnen erheblicher toter Raum verbleibt. Ein solches Kolonnenbündel hat also den Nachteil komplizierter Bauart, erheblichen Werkstoffaufwandes und zahlreicher Dichtflächen; ferner ist es sehr problematisch, ob die thermische Verteilung der Rücklaufmengen durch Einzeldephlegmatoren auf die Einzelkolonnen tatsächlich gleichmäßig erfolgt; jedenfalls hängt diese von Zufälligkeiten in der Kühlwasserführung und Kühlwassertemperatur ab.
  • Es wurde nun gefunden, daß man in einfachster Weise eine Kolonne großen Querschnitts durch Längswände unterteilen kann, so daß Teilkolonnen gleichen und verhältnismäßig kleinen Querschnitts geschaffen werden, die einen Querschnitt erhalten der einem Durchmesser unterhalb 600 mm äquivalent ist; dadurch erhält die Gesamtkolonne keinen größeren Durchmesser als eine nicht unterteilte Kolonne, und man benötigt dazu nur ausschließlich den Werkstoffaufwand für die Trennwände.
  • Auf diese Weise wird, da der Führungseffekt der Kolonnenwände in allen Teilkolonnen gleich wirksam ist, eine Verbesserung gemäß den in Fig. I wiedergegebenen Versuchen erzielt, d. h., so gebaute Füllkörpersäulen werden mit zunehmendem Gesamtdurchmesser erst über 2000 mm schlechter als Glockenbödenkolonnen gleichen Durchmessers. Dies ergibt sich durch Vergleich der Kurven 1 und II der Fig. I.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Unterteilung einerseits durch eine eine zentrale Kolonne kleinen Querschnitts schaffende Ringtrennwand und andererseits durch innerhalb des Ringes angebrachte radiale Trennwände geschaffen, die Teilkolonnen von dem Querschnitt der zentralen Kolonne bilden.
  • Wird z. B. eine Kolonne von einem Gesamtdurchmesser von D mm durch eine zentrale Längsringwand von mm Durchmesser und durch radiale Längswände im Ringraum in sechs gleichmäßigen Kolonnenabteilungen unterteilt, so entstehen sieben Teilkolonnen, deren Querschnitt gleich ein Siebentel des Gesamtquerschnitts der Gesamtkolonne ist. Beträgt z. B. der Durchmesser dieser Kolonne I500 mm, so wird auf diese Weise ihr Gesamtquerschnitt von 1,767 m2 in sieben Einzeiquerschnitten von je o,252m2 entsprechend einem äquivalenten Durchmesser von 567 mm aufgeteilt. Man könnte die Kolonne auch in 9,I3 oder mehr gleiche Teilkolonnen auflösen. Je größer die Zahl der Teilkolonnen, desto weitreichender nähert sich ihr Querschnitt der Kreisform.
  • Wird die ungeteilte Kolonne von 1500 mm Durchmesser in der gleichen Weise betrieben wie die in Einzelkolonnen unterteilte Kolonne, d. h., ist die Mengenbelastung je - cm2 Querschnitt gleich groß und die Flüssigkeitsaufgabe durch mechanische Unterteilung auf die Einzelkolonnen z. B. also die Zahl der Abtropfstellen aus dem Rücklaufverteiler in beiden Fällen gleich, dagegen im Falle der nicht unterteilten Kolonne die Dämpfeverteilung am unteren Ende wie bisher zentral durchgeführt, und werden bei der unterteilten Kolonne sieben oder mehr Dampfeintrittsstellen im Zentrum jeder Einzelkolonne vorgesehen und alle sonstigen Bedingungen gleichgehalten, so wird die Wirkung der nach der Erfindung unterteilten Kolonne in der in Fig. I dargestellten Weise überlegen der der nicht unterteilten Kolonne.
  • In dem oben angezogenen Beispiel einer ungeteilten Kolonne von I500 mm Durchmesser nach Fig. 1 ergibt sich eine Wirksamkeit von etwa einem theoretischen Boden je m Kolonnenhöhe.
  • Wird die Kolonne aber in Teilkolonnen von je 567 mm äquivalentem Durchmesser aufgeteilt, so ergibt sich eine Wirksamkeit von mehr als zwei theoretischen Böden je m Kolonnenhöhe, wobei die Durchsatzleistung das Rücklaufverhältnis, die Füllkörper und alle sonstigen baulichen und betrieblichen Daten gleich wie bei der nicht unterteilten Kolonne sind.
  • In der Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform einer unterteilten Kolonne gemäß der Erfindung dargestellt.
  • Fig. 2 zeigt die Kolonne schematisch im Schnitt, während Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie A-A der Fig. 2 durch den Rücklaufverteiler und Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie B-B der Fig. 2 darstellt.
  • Die Kolonne I ist durch eine konzentrische Ringwand 2 und radiale Wände 3 in dem Ringraum zwischen der Ringwand 2 und der Kolonnenaußenwand 4 in sieben gleichmäßige Einzelkolonnen unterteilt, von denen jede den gleichen Querschnitt hat.
  • In dem gezeichneten Beispiel ist die Kolonne mit 25-mm-Raschigringen gefüllt.
  • Der Durchmesser der Gesamtkolonne beträgt I500 mm, die Höhe der Kolonne beträgt 8ooo mm.
  • Die Dämpfe treten in die Kolonne I am Dampfeintritt 5 ein und verteilen sich von dem Raum 6 aus zu den einzelnen im Zentrum jeder Einzelkolonne gelegenen Dampfeintritten 7, zu denen sie mittels der Leitungen 8 gelangen, in denen Drosselklappen g vorgesehen sein können. Ferner sind in diesem Fall in den Rohren 8 unterhalb der Drosselklappen g Stauränder IO zur Messung der Durchfluß menge vorgesehen.
  • Jede Einzelkolonne ist hier mit einem Rücklauf mit Tauchverschluß II versehen.
  • Auf dem oberen Teil der Kolonne ist ein Kondensator 12 aufgesetzt, in dem aufsteigende Dämpfe kondensiert und in das darunterliegende Ringgefäß I3 eingeführt werden. Von diesem Ringgefäß I3 aus gelangt die kondensierte Flüssigkeit über ein Syphonrohr I4 zu einem zentralen Verteilungsgefäß I5 eines Rücklaufverteilers, aus dem die Flüssigkeit gleichmäßig durch Kanäle I6 zu den Einzelverteilern I7 der im Ring liegenden Einzelkolonnen geleitet wird.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. In eine Anzahl von parallel geschalteten Einzelkolonnen aufgeteilte Füllkörpersäule, insbesondere mit Füllkörpern beschickte Rektifizierkolonne, verhältnismäßig großen Querschnitts, gekennzeichnet durch Aufteilung durch Längswände in bezüglich Aufgabe der Flüssigkeit und Aufgabe des Gases oder Dampfes gleichmäßig beaufschlagte Einzelkolonnen eines einem Kreisquerschnitt von weniger als 600 mm Durchmesser entsprechenden Querschnitts, vorzugsweise unter Zufuhr des Gases bzw.
    Dampfes im Zentrum jeder Einzelkolonne.
  2. 2. -Füllkörpersäule nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine konzentrische Längsringwand und radiale Längswände in dem geschaffenen Ringraum, wobei der Durchmesser der durch die Längsringwand geschaffenen Innenkolonne und die Zahl der Radialwände in dem Ringraum so bemessen ist, daß der Querschnitt der geschaffenen Einzelkolonnen praktisch gleich ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. I o86 452, I 835 683, 2037316.
DEG3576A 1950-09-15 1950-09-15 Fuellkoerpersaeule Expired DE971625C (de)

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DEG3576A DE971625C (de) 1950-09-15 1950-09-15 Fuellkoerpersaeule

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1086452A (en) * 1912-08-16 1914-02-10 Bernhard Benedix Rectifying apparatus.
US1835683A (en) * 1927-12-17 1931-12-08 Joseph B Weaver Fractionating tower
US2037316A (en) * 1933-06-26 1936-04-14 Pennsylvania State College Method of and apparatus for fractionating

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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