DK163108B - Destillationskolonne med skruelinieformet vaeskecirkulation - Google Patents

Description

i

DK 163108 B

Opfindelsen omhandler en destillationskolonne med en skruelinieformet væskecirkulation og af den i krav l's indledning angivne art.

I en konventionel destillationskolonne, hvor en væske-5 strøm krydser en gasstrøm, strømmer væsken igennem pla derne skiftevis fra venstre mod højre og fra højre mod venstre, og under strømningen gennem pladen mister væsken sin mest flygtige komponent. I det tilfælde, hvor både gasgennemstrømningsmængden og væskegennemstrømnings-10 mængden er jævnt fordelt, vil overføringskoefficienten være konstant for hele overfladen. Som følge heraf vil gaskoncentrationen af den flygtige komponent vokse mellem to over hinanden beliggende plader i modsat retning af væskens strømningsretning på pladen. De to fasers 15 koncentrationsgradienter frembyder modsat rettede hæld ninger, og på det sted, hvor kurverne nærmer sig hinanden, er koncentrationsdifferensen lille. Idet væskens indløb på den øverste plade ligger modsat væskens indløb på den foregående plade, vil den del af gassen med et stort 20 indhold af den flygtige komposant, der strømmer igennem den anden overlejrede plade, møde væsken med mindre indhold af denne komponent, medens den del af gassen, der kun indeholder en lille del af den flygtige komponent, møder væsken med et stort indhold af denne kom-25 ponent.

Da koncentrationsdifferensen mellem de to faser aftager, vil materialeoverføringen blive mindre, og den samlede nyttevirkning af pladen aftage. Desuden bidrager indblandingen af gasser mellem to plader, selv når gasserne 30 på hver plade møder en væske cirkulerende i samme retning, til formindskelse af koncentrationsdifferensen mellem de to faser, fordi en homogen blanding medfører en middelsammensætning af gas, der frembyder en koncentrations-differens i forhold til den svage væskefase.

DK 163108 B

2

Af hensyn hertil har man bestræbt sig for at forbedre nyttevirkningen af kolonnens plader ved at underdele gasstrømmen og lade væsken cirkulere i skruelinie form fra den ene plade til den anden, idet man bevarer væskens 5 retningsforløb på hver plade.

Underdelingen i to sektorer tilvejebringes ved hjælp af en lodret skillevæg, hvor der på hver side af denne er anbragt halvcirkelformede plader forskudt aksialt i forhold til hinanden.

10 Opfindelsen har til formål yderligere at forøge pladens nyttevirkning, hvilket opnås ved de i krav l's kendetegnende del angivne ejendommeligheder.

Pladens nyttevirkning kan faktisk forøges ved forøgelse af antallet af de af de adskilte gasstrømme og damp-15 strømme gennemløbne sektorer. Nyttevirkningsforøgelsen ^ er givet ved ligning: C - r P r 1 " L p + 1 ’ hvor E er nyttevirkningen for konventionelle plader og p antallet af sektorer. Hvis således nyttevirknings-20 forøgelsen ved anvendelsen af to sektorer kun er 0,33, vil den ved anvendelsen af fire sektorer være 0,60 og for otte sektorer 0,77.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: 25 fig. 1 er en perspektivisk afbildning af det indre af en kolonne med fire undersektorer, fig. 2 er en perspektivisk afbildning af det indre af en kolonne med seks undersektorer, og

DK 163108 B

3 fig. 3 er en graf, der viser virkningsgradsforøgelsen for pladerne som funktion af virkningsgraden for konventionelle plader.

I den på fig. 1 viste udførelsesform er destillations-5 kolonnen forsynet med en ydre kappe 1 og med aksialt indbyrdes forskudte halvcirkulære plader 4, 5 og 6, der ligger skiftevis på den ene og den anden side af en kontinuert lodret skillevæg 2, som diametralt deler kolonnen i to lodrette sektorer.

10 Den ene kant af pladerne 4, 5 og 6 afsluttes med et cirkelsegment 4a, 5a og 6a, som berører kappen 1 og rager ind i den sektor, der ligger modsat den af pladen optagne sektor. Dette cirkelsegment udgør indløbsområdet for væske fra den overliggende plade mod den underlig-15 gende plade, og segmenterne 4a, 5a og 6a ligger skifte vis i pladerækkefølgen enten på den ene side af pladen eller på den anden side.

De modstående pladekanter 4b, 5b og 6b er afklippet langs en sekant, som imellem kanterne og kappen 1 fri-20 holder en gennemgang til udhældning af væsken, og de er forsynet med overløbskanter 4d, 5d og 6d til regulering af opfyldningshøjden for hver plade. Vinkelret på den lodrette skillevæg 2 er der anbragt lodrette skillevægge 3, 7, 3' og 71, der sammen med kappen 1 25 afgrænser lodrette kanaler med cirkelsegmentformede tværsnitsprofiler til nedstrømning af væsken.

De lodrette skillevægge frembyder i den ene halvdel af deres vandrette tværsnitsprofil en kontinuert overflade 3, 3', som slutter til væskeindløbsområderne for 30 pladerne 4 og 6 i den samme kolonnesektor, og de er her udformet med udskæringer 4c, 5c og 6c.

DK 163108 B

4 I den anden halvdel af deres vandrette tværsnitsprofil frembyder skillevæggene en rækkefølge af overflader 7, 7' med en mindre længde, hvis underkant slutter til kantsegmentet for pladen 4a, 5a og 6a, som danner væskens 5 indløbsområde, og hvis overkant slutter til det afskårne hjørne for den umiddelbart overliggende plade, der sammen med hjørnet danner en overløbsrende. Den kontinuerte flade 3 på den lodrette skillevæg 2 på venstre side i fig. 1 er dannet ved en retvinklet ombukning af skil-10 levæggen 2.

På midten af den lodrette skillevæg 2 er der fastgjort en i forhold til skillevæggen retvinklet forløbende anden lodret plade 11, der sammen med skillevæggen 2 danner en krydskonstruktion, som underdeler hver sektor 15 i to undersektorer, som er tætlukket over for gennem gang af gasser og dampe mellem disse sektorer.

I højde med hver plade 4, 5 og 6 frembyder pladen 11, skiftevis på den ene og den anden side af skillevæggen 2, udsparinger 4e, 5e og 6e med en højde,’der er mindst 20 lig med højden af den væske, der udfylder pladen, og som herved danner en tætlukkende hydraulisk pakning over for gasser og dampe. I den på fig. 2 viste udførelsesform er der på den lodrette skillevæg 2 fastgjort to parallelle lodrette vægge 12 og 13, som hver deler 25 sektorerne i tre indbyrdes tætlukkende undersektorer.

Væggene 12 og 13 har i højde med hver plade, skiftevis på den ene og den anden side af skillevæggen 2, udsparinger analoge med udsparingerne 4e, 5e og 6e på fig.

1. 1

Fig. 3 viser forøgelsen af nyttevirkningen i forhold til forøgelsen af antal undersektorer, udtrykt som værdierne for nyttevirkningen af skruelinieformede plader E' i % som funktion af nyttevirkningen af konventionelle

DK 163108 B

5 plader E i %. De til en kolonne med fire undersektorer svarende værdier er repræsenteret ved kurven 1, og værdierne svarende til en kolonne med seks undersektorer er repræsenteret ved kurven 2. Det ses, at hvis den 5 oprindelige nyttevirkning er 80%, vil man ved anbringel sen af fire undersektorer kunne nå en nyttevirkning o pa 0,8 x (1 + 0,48) = 118%.

Denne forøgelse kan udnyttes på to måder. For en eksiste-10 rende kolonne vil indsætningen af pladerne medføre en ringe energibesparelse for de lette separationer og en stor energibesparelse for de vanskelige separationer.

For en ny kolonne ændres dimensioneringsforholdene.

Hvis eksempelvis 30 plader kræves til en given separa-13 tion, vil en anvendelse af plader med to sektorer tilla de en formindskelse af kolonnehøjden på 25% og for en kolonne med fire sektorer på 32%.

Claims (6)

1. Destillationskolonne med halvcirkelformede plader (4, 5, 6), som er anbragt skiftevis på den ene og den anden side af en kontinuert lodret skillevæg (2), som 5 deler kolonnen i to indbyrdes aksialt forskudte og over for en gennemgang af gasser og dampe tætlukkende sektorer, hvor hver plade ved den ene pladekant omfatter et væskeindløbsområde (4a, 5a, 6a) og ved den anden pladekant et afskåret hjørne til dannelse af en overløbs-10 rende (4d, 5d, 6d), hvilke indløbsområder og hvilke overløbsrender er beliggende skiftevis i rækkefølge af de over hinanden liggende plader snart på den ene og snart på den anden side af pladen, kendetegnet ved, at hver kolonnesektor af mindst én lodret 15 skillevæg (11) er underdelt i mindst to undersektorer med i det væsentlige samme overfladeareal, hvilken skillevæg over hver plade har en udsparing (4e, 5e, 6e), som imellem udsparingens kant og pladen friholder en passage til væsken, der strømmer gennem pladen fra den 20 ene undersektor til den anden således, at hver undersek tor gennemstrømmes af en gasstrøm, der ikke blandes med de andre gasstrømme, medens de gasstrømme, der forløber langs den ene undersektor, i modstrøm møder den samme samlede strøm af væske, der strømmer i skruelinie-25 form fra den ene plade til den anden.

2. Kolonne ifølge krav 1 med mindst fire undersektorer, kendetegnet ved, at den lodrette skillevæg (11), der underdeler sektorerne i undersektorer, står vinkelret på den kontinuerte lodrette skillevæg (2), 30 som deler kolonnen i to sektorer. 1 2 Kolonne ifølge krav 1 med seks undersektorer, ken 2 detegnet ved to parallelle lodrette skillevægge DK 163108B (12, 13) stående vinkelret på den kontinuerte lodrette skillevæg (2), og som deler kolonnen i seks undersektorer, som er tætlukkende for gennemgang af gasser og dampe, og som er forsynet med udsparinger oven over 5 hver plade.

4. Kolonne ifølge krav 2 med mindst otte undersektorer, kendetegnet ved, at hver af de af den kontinuerte lodrette skillevæg (2) og den lodrette skillevæg (11) dannede undersektorer har udsparinger og af en 10 ekstra lodret skillevæg er underdelt i to sektorer med i det væsentlige samme overfladeareal.

3. Kolonne ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at udsparingen (4e, 5e, 6e) i hver lodret skillevæg (11) har en højde, der højst er lig med højden af 15 overløbsrenden (4d, 3d, 6d) til at virke som en hydrau lisk pakning på kolonnesektorernes skillested.

6. Kolonne ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at hver halvcirkelformede plade ved den ene kant har et cirkelsegment (4a, 5a, 6a), der strækker sig 20 til kolonnens kappe (1) og er forlænget imod den sektor, der ligger modsat den pladen optagende sektor, hvilke segmenter (4a, 5a, 6a) udgør indløbsområdet for væske kommende fra den overliggende plade og strømmende mod den underliggende plade, og ved sin anden kant frembyder 25 et afskåret hjørne dannende overløbsrenden (4d, 5d, 6d). 1 Kolonne ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at lodrette skillevægge (3, 7 og 3', 7') anbragt vinkelret i forhold til den kontinuerte lodrette skille- 30 væg (2) sammen med kappevæggen (1) afgrænser lodrette kanaler med et cirkelsegment formet tværsnitsprofil, hvilke lodrette skillevægge på den ene halvdel af deres DK 163108 B vandrette tværsnitsprofil frembyder en kontinuert flade (3, 3'), der slutter til væskemodtagelsesområderne for de plader (4, 6), der optager den samme kolonnesektor og her er forsynet med udsparinger (4c, 5c, 6c), og 5 i den anden halvdel af deres vandrette tværsnitsprofil frembyder en række overflader (7, 7') med en mindre længde, som ved deres underkant slutter til det pladekant-segment (4a, 5a, 6a), som danner væskens indløbsområde, og hvis overkant slutter til det afskårne hjørne på 10 den umiddelbart overliggende plade, og sammen med det afskårne hjørne danner en overløbsrende (4d, 5d, 6d).

8. Kolonne ifølge krav 7, kendetegnet ved, at mindst den ene af de lodrette skillevægges kontinuerte overflader (3, 3') er dannet ved en retvinklet ombuk-15 ning af den kontinuerte lodrette skillevæg (2).